(57)【要約】  空間光変調器、位相素子および光学系を用いて複素数値の光照射野を生成するための位相および位相／振幅の空間光変調器の配置であり、位相および振幅空間光変調器の配置は、量および位相が調整可能な光照射野を生成するように構成されている。  方法は、複素数値の光照射野を生成するための空間光変調器の結合の動作を実現する。ここで、この方法は、位相素子のいくつかの領域に光学特性を適合させることを含む。  さらなる方法は、位相変調器のいくつかの領域におけるいくつかの波の影響を調整することによって、異なる光波長を変調するための光学配置の動作を実現する。  最後の方法は、少なくとも２つの光路における光強度を変調するための振幅空間光変調器を調整することによって光学配置の動作を実現する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プログラム可能な空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）と、
位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）と、
光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）と、
を備える、振幅および位相を変化させて調整することができる光照射野分布を生成するための光学配置（１００、２００、３００、４００）であって、
前記位相素子は、隣接する変調器の像点に少なくとも２つ以上の位相寄与を及ぼすように構成され、
前記光学系は、前記空間光変調器（１１０、２１０、３１０、４１０）のいくつかの領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ；３１０ａ；３１０ｂ）を重ね合わせて結像するように構成され、
前記空間光変調器および前記位相素子は、平面または共役光学マスク面の被写界深度内に配置され、
前記空間光変調器は、位相変調器として、または振幅と位相を組み合わせた変調器として構成され、
前記光学配置は、後続の像面において事前に決定可能な複素光照射野分布を実現するように構成される、光学配置。
【請求項２】
前記光学配置は、光学フィルタリングのために所定の回折次数を使用するように構成される、請求項１に記載の光学配置。
【請求項３】
前記光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）は、前記空間光変調器（１１０、２１０、３１０、４１０）のいくつかの領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ； ３１０ａ；３１０ｂ）またはいくつかの隣接した領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ；３１０ａ；３１０ｂ）を複素変調セルとして結像するように構成される、請求項１または請求項２に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項４】
前記光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）は光学ローパスフィルタを含み、
前記光学ローパスフィルタは、前記空間光変調器（１１０、２１０、３１０、４１０）のいくつかの領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ；３１０ａ；３１０ｂ）またはいくつかの隣接する領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ；３１０ａ；３１０ｂ）を前記複素変調セルに重ね合わせるように構成される、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項５】
前記光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）は、ローパスアパーチャ（２３３；３３５；４３７）を含み、
前記ローパスアパーチャ（２３３、３３５、４３７）は、前記空間光変調器（１１０、２１０、３１０、４１０）のいくつかの領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ；３１０ａ；３１０ｂ）またはいくつかの隣接する領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ；３１０ａ；３１０ｂ）を前記複素変調セルに重ね合わせるように構成される、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項６】
前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）は、微小電気機械システムまたは角度調節可能なミラー配置またはデジタルマイクロミラー配置または液晶配置を使用することによって形成される、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項７】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、位相の時不変の影響を含む、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項８】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、回折光学素子である、請求項７に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項９】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、少なくとも１つのプレートを含み、
重ね合わせて結像される異なる光路（１４１；１４３）は、前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）の前記プレートの影響を受ける異なる光路長を通過する、請求項７または請求項８に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１０】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、厚さが異なる領域を有するプレートを含み、
重ね合わせて結像される異なる光路（１４１；１４３）は、前記プレートの異なる厚さの影響を受ける異なる光路長を通過する、請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１１】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、屈折率の異なる領域を有するプレートを含み、
重ね合わせて結像される異なる光路（１４１；１４３）は、前記プレートの異なる厚さの影響を受ける異なる光路長を通過する、請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１２】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、位相の時変の影響を許容するように構成される、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１３】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）はプログラム可能である、請求項１２に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１４】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は液晶位相変調器である、請求項１２または請求項１３に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１５】
前記空間光変調器（１１０、２１０、３１０、４１０）による前記位相または前記位相および振幅の前記調整の変化は、前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）による前記位相の前記影響の変化よりも少なくとも２倍速い、請求項１２〜請求項１４のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１６】
前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）、前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）および前記光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）は、光軸に沿って配置されている、請求項１〜請求項１５のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１７】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、前記位相または位相および振幅空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）から最大２ｍｍの距離に設けられる、請求項１〜請求項１６のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１８】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）の光学共役面において±５ｍｍの低い許容範囲が設けられている、請求項１〜請求項１６のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１９】
前記光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）は、重ね合わされた光の寄与のゼロ次回折の通過を許容するフェージングアパーチャ（２３３；３３５；４３７）を含む、請求項１〜請求項１８のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２０】
前記フェージングアパーチャ（２３３； ３３５； ４３７）は、重ね合わされた光の寄与のゼロ次回折のみの通過を許容する、請求項１９に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２１】
前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）の少なくとも１つの領域は、識別された光路を含み、前記識別された光路は、重ね合わせに寄与するように構成され、
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）と重ね合わせの領域との間の前記識別された光路に設けられ、
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、前記識別された光路の位相が重ね合わせの領域内に特定の位相を有するように構成される、請求項１〜請求項２０のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２２】
前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）のいくつかの領域（３１１ａ、３１１ｂ）は、いくつかの異なる識別された光路を変調するように構成され、
前記光路はそれぞれ、重ね合わせに寄与するように構成され、
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、いくつかの異なる識別された光路に沿って異なる程度で伝播する光の寄与の位相を変化させるように構成される、請求項１〜請求項２１のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２３】
前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）の２つの領域（３１１ａ、３１１ｂ）は、２つの異なる識別された光路を変調するように構成され、前記光路（１４１、１４３）はそれぞれ、重ね合わせに寄与するように構成され、
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、前記２つの異なる識別された光路に沿って９０°±１０°から伝播する光の寄与の位相変化の差を調整するように構成される、請求項１〜請求項２２のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２４】
均一に制御されるように構成された前記空間光変調器（１１０、２１０、３１０、４１０）の領域（３１１ａ）は、前記位相素子（１２０、２２０、３２０、４２０）のいくつかの領域（３２０ａ、３２０ｂ）に割り当てられる、請求項１〜請求項２３のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２５】
異なる位相の影響を有する前記位相素子（１２０、２２０、３２０、４２０）の少なくとも４つの領域（３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄ）は、前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）の２つの領域（３１１ａ、３１１ｂ）を有する前記複素変調セルを形成する、請求項１〜請求項２４のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２６】
異なる位相の影響を有する前記位相素子（１２０、２２０、３２０、４２０）の少なくとも２つの領域（３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄ）は、空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）の領域（３１１ａまたは３１１ｂ）を有するシステム出力において正および負の振幅を提供するための変調セルを形成する、請求項１〜請求項２５のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２７】
空間光変調器（１１０、２１０、３１０、４１０）のいくつかの領域を有する複素変調セルを形成する位相素子（１２０、２２０、３２０、４２０）のいくつかの領域は、異なる位相影響を有する少なくとも３つの領域を含み、
第１の位相の影響の角度と第２の位相の影響の角度との間の差は、５〜６０度の間、または６０〜１５０度の間、または８０〜１００度の間、または８５〜９５度の間、または１１０〜１３０度の間、または１１５〜１２５度の間であり、
前記光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）は、前記複素変調セルに属する前記光路（１４１；１４３）の重ね合わせを許容するように構成される、請求項１〜請求項２６のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２８】
前記空間光変調器（１１０、２１０、３１０、４１０）のいくつかの領域を有する複素変調セルを形成する前記位相素子（１２０、２２０、３２０、４２０）のいくつかの領域は、異なる位相影響を有する厳密にｎ個の領域を含み、
第１の位相の影響の角度と第２の位相の影響の角度との間の差は、±３６０°／（２ｎ）の許容範囲で３６０°／ｎに等しい、請求項１〜請求項２７のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２９】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、機械的に交換可能な方法で提供される、請求項１〜請求項２８のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項３０】
前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）および前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、複数の複素変調セルを形成し、
前記光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）は、前記複数の複素変調セルを別々に結像するように構成される、請求項１〜請求項２９のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項３１】
少なくとも２つの位相ステージが前記位相素子上に空間的に分布され、前記空間光変調器と共に、隣接する変調器のピクセルの組み合わせが複素電界強度平面の部分領域にまたがるかまたは前記複素電界強度平面全体に及ぶように構成される、請求項１〜請求項３０のいずれか１項に記載の光学配置。
【請求項３２】
前記光学配置は、変調器のセルの回折像が生成されるように構成される、請求項１〜請求項３１のいずれか１項に記載の光学配置。
【請求項３３】
前記光学配置は、光照射野の各点が前記空間光変調器の少なくとも２つの像点（ピクセル）のグループによって制御されるように構成される、請求項１〜請求項３２のいずれか１項に記載の光学配置。
【請求項３４】
前記光学配置は、空間光変調器の２つ以上の隣接する像点（ピクセル）が像面内の有効像点に重ね合わされるように寸法決めされた瞳面内の回折強度を制限するための光学ローパスフィルタを含む、請求項１〜請求項３３のいずれか１項に記載の光学配置。
【請求項３５】
前記光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）は、複合の変調セルとして、第１の方向に前記空間光変調器の少なくとも２つの隣接領域の延長部を含み、第２の方向に少なくとも２つの隣接領域の延長部を含む、前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）の少なくとも４つの隣接する領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ； ３１０ａ；３１０ｂ）のグループを結像するように構成される、請求項１〜請求項３４のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項３６】
前記光学配置は、光波長に依存して、前記空間光変調器（１１０、２１０、３１０、４１０）のいくつかの領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ；３１０ａ；３１０ｂ）の重ね合わせた結像を許容する光学ローパスフィルタを適合させるように構成される、請求項１〜請求項３５のいずれか１項に記載の光学配置。
【請求項３７】
前記光学配置は少なくとも１つの角度調節可能なミラー（３１１ａ）を含み、前記位相素子は、前記角度調節可能なミラーは、前記角度調節可能なミラーの偏向中に機械的結合により光軸に対して反対方向（３１５ａ、３１６ａ）に移動する、前記角度調節可能なミラーの２つの領域が、異なる位相寄与を提供する２つの領域（３２０ａ、３２０ｂ）に割り当てられるように配置される、請求項１〜請求項３６のいずれか１項に記載の光学配置。
【請求項３８】
少なくとも１つの角度調節可能なミラーが、前記光軸に垂直な方向（ｘ）に可変である位相寄与（３８２ａ、３８２ｂ、３８２ｃ）を生成するように構成され、
前記位相素子は、前記角度調節可能なミラーの第１の領域に第１の位相寄与（３７２ａ）を提供し、前記角度調節可能なミラーの第２の領域に第２の位相寄与（３７２ｂ）を提供するように構成され、
前記角度調節可能なミラーの前記位相寄与（３８２ａ、３８２ｂ、３８２ｃ）は、前記第１および前記第２の領域にわたって局所的に連続的であるかまたは局所的に線形に可変であるかのいずれかである、請求項３７に記載の光学配置。
【請求項３９】
前記位相素子は、前記角度調節可能なミラーの偏向に依存する局所的に一定の位相寄与（３８２ａ、３８２ｂ、３８２ｃ）を提供する前記角度調節可能なミラー（３１１ａ）を使用することによって不連続位相曲線（３９８ａ、３９８ｂ、３９８ｃ）を得るように構成される、請求項３７または請求項３８に記載の光学配置。
【請求項４０】
前記位相素子は、前記角度調節可能なミラーの偏向に依存する局部的に一定の位相寄与（３８２ａ、３８２ｂ、３８２ｃ）を提供する前記角度調節可能なミラーの２つの領域に対し、前記位相素子によって、少なくとも９０℃の位相跳躍が割り当てられるように配置される、請求項３７〜請求項３９のいずれか１項に記載の光学配置。
【請求項４１】
複素光照射野を生成するための空間光変調器と位相素子を有する光学配置（１００； ２００； ３００； ４００）を動作させる方法（５００）であって、
前記方法（５００）は、位相素子のそれぞれの領域における位相の影響が有効光波長の領域にわたって最大で１８０°変化することを実現するために、変調されるべき光の寄与の有用な光波長に依存して、前記位相素子のいくつかの領域における光学特性を適応させるステップ（５１０）を含む、方法（５００）
【請求項４２】
異なる光波長を変調するための空間光変調器と位相素子を有する光学配置を動作させる方法（６００）であって、
前記方法（６００）は、前記位相素子のそれぞれの領域で実現される位相の影響を、有用な光波長の所定の領域にわたって最大１８０°の許容範囲で一定に保つために、複素変調セルによって変調される、変調されるべき前記光の寄与の光波長に応じて、複素変調セルに属する位相素子のいくつかの領域におけるいくつかの位相の影響を調整するステップ（６１０）を含む、方法（６００）。
【請求項４３】
変動する振幅および偏光で調整することができる光照射野分布を生成するための光学配置（１００； ２００； ３００； ４００）であって、
前記光学配置（１００、２００、３００、４００）は、
プログラム可能な空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）と、
偏光素子（１２０；２２０；３２０；４２０）と
光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）を含み、
前記偏光素子は、隣接する変調器のピクセルに少なくとも２つ以上の偏光寄与を及ぼす、または少なくとも２つの異なる偏光フィルタを隣接する変調器のピクセルに適用するように構成され、
前記光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）は、前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）のいくつかの領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ；３１０ａ；３１０ｂ）を重ね合わせて結像するように構成され、
前記空間光変調器および前記偏光素子は、平面または共役光学マスク平面の被写界深度内に配置され、
前記光学配置は、後続の像面において事前に決定可能な振幅および事前に決定可能な偏光を有する光量値を実現するように構成される、光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項４４】
前記光学配置は、隣接する変調器の像点に少なくとも２つ以上の位相寄与を及ぼすように構成された位相素子（１２０、２２０、３２０、４２０）をさらに含む、請求項４３に記載の光学配置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一実施形態は、光照射野分布を生成するための光学配置に関する。他の実施形態は、光学配置を動作させるための方法に関する。さらに他の実施形態は、ゼロ次回折を使用することによって光を振幅および位相で変調するための方法に関する。さらに他の実施形態は、振幅および偏光において光を変調するための方法に関する。さらに他の実施形態は、振幅、位相および偏光において光を変調するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空間光変調器（ＳＬＭ）は、光照射野に空間変調を加えるプログラム可能な光学配置である。ＳＬＭは変調器のセル（ピクセル）からなり、各変調器のセルは、電圧によって頻繁に制御される調整可能なパラメータを有する。それらの波動性に関して、光照射野分布は、一般的に複素数の範囲でベクトル的に記述される。例えば、振幅は位相効果によって影響され得る。あるいは、空間光変調器は、液晶構造などによって、異なる方法で実現することもできる。
【０００３】
いわゆる複素数値の空間光変調は、光源の振幅と位相の両方を同時に調整する。しか、従来の光変調器では、このベクトル光変調がシステムの複雑さを増して初めて実現することができる。
【０００４】
複素数値光変調に関する従来技術は、２つのカテゴリに分けられ、一方で、２つの特殊化されたプログラムで制御可能な変調器（例えば、振幅および位相）での連続イメージング［参考文献１］、他方で、個々のモジュレーターを使用することができる。次に、ピクセルグループ（マクロピクセル）を定義し、その中で複素関数は複数のピクセルに割り当てられる（マクロピクセル方式）。
【０００５】
複素数値変調のためのマクロピクセル法は、位相変調のための振幅変調器の使用を可能にするLeeのホログラフィ［参考文献２］に基づいている。van Puttenらの［参考文献３］は、Leeの概念を複素変調に拡張している。Leeとvan Puttenら両方は、ＳＬＭにプログラムされたパターンの一次回折を使用している（図７参照）。このために、変調器は角度φだけ傾けられ、複素変調セル（マクロピクセル）内のピクセルの異なる位相割り当てが得られる。
【０００６】
図７はvan Puttenらによる概念を示しており、ＳＭＬにプログラムされたパターンの一次回折を使用している［参考文献３］。他の全ての回折次数は、開口によって光路から排除される。焦点面内の第１の回折最大点の位置は、波長に直線的に依存する。１次以外の全ての回折次数は開口によって光路から排除される。 同時に、開口は光学的ローパスフィルタリングを行い、変調セル内のピクセルの寄与が複素数値に重ね合わされるようにする。
【０００７】
あるいは、離散的なピクセルを持つ位相変調器によって複素数体を生成できるという概念がある［参考文献４］。２つの位相変調ベクトルを重ね合わせることによって、位相空間全体がカバーされる。
【０００８】
さらに、製造技術によって反射型傾斜ミラーＳＭＬを修正することによって複雑な変調を可能にする構成要素の概念が存在する［参考文献５］。
【０００９】
出典［参考文献１０］は、いわゆる「位相がほとんど変形可能なミラー装置」を用いた全く複雑な局所フィルタリングを記載している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記に関して、製造技術要件、使用される装置の利用可能性および複素数値の光照射野の分解能、または異なる光波長を変調するためのシステムを使用する可能性との間の改善されたトレードオフの実現を可能にする光照射野の複素数値変調のための新規な概念を提供することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態は、変動する振幅および位相で（例えば空間的および／または時間的に）調整することができる光照射野分布を生成するための光学配置を提供する。光学配置は、プログラム可能な空間光変調器（例えば、１つまたは複数の角度調節可能なミラーまたは１つまたは複数のシンクミラーを有する）、位相素子（位相変調器とも呼ばれる）および光学系を含む。位相素子は、隣接する変調器のピクセルに少なくとも２つ以上の位相寄与を及ぼすように構成される（変調器の像点または変調器の副像点）（すなわち、例えば、隣接する変調器の像点または変調器の副像点の光部分に２つの異なる位相寄与を加えるため）。光学系は、空間光変調器のいくつかの領域（例えば変調器の像点または変調器の副像点）を重ね合わせて結像するように構成される。空間光変調器および位相素子は、例えば、位相素子の領域が、空間光変調器の副像点に割り当てられるように、また、例えば、位相素子の領域と空間光変調器の副像点との間に少なくとも１対１の割り当てが存在するように、あるいは、副像点は、どの光振幅が位相素子の割り当てられた領域に当たるかを決定するように、平面または共役光学マスク平面（すなわち、例えば、互いに密接に隣接しているか、または少なくとも互いにほぼ共役している面内で）の被写界深度内に配置される。光学配置は、後続の像面において事前に決定可能な複素光値を実現するように構成される。
【００１２】
位相素子によって、それぞれの光路は、異なる光の寄与の位相の異なる変化によって複素数値平面内で整列せることができることを達成することができる。
【００１３】
したがって、本発明は、量および位相を調整することができる複素数値の光照射野を生成する可能性を提供する。画像空間における振幅は、一般に、位相素子と空間光変調器との組み合わせによって決定される。本発明の解決策のさらなる特徴は、同じものが空間光変調器（空間光変調器の個別要素または空間光変調器の副像点とも呼ばれる）のいくつかの領域を重ね合わせて結像するという光学系の特徴である。ここで、重ね合わされる異なる領域は、位相素子に影響を及ぼすことにより異なる位相を有する。本明細書では、「空間光変調器の個別要素」という用語は、「領域」という用語と同義に使用されることがある。
【００１４】
したがって、空間光変調器の異なる領域の調整を変えることによって、単一ピクセル内の異なる位相位置の光の寄与の（相対）位相（およびオプションで相対強度も）は、位相素子またはその調整を変える必要なしに変更することができ、そこで、位相素子の異なる領域を通過する光の寄与の相対位相（および場合によっては強度も）を調整することによって、ピクセルの結果として生じる位相位置（およびいくつかの実施形態では結果として生じる振幅）も決定することができる。ここに、空間光変調器は、異なる位相位置の光の寄与間で「ハード」スイッチングを実行することができ、および／または異なる位相位置の光の寄与の組み合わせを得ることができる（それによって、結果として生じる位相位置のさらに細かい調整が可能である）。
【００１５】
したがって、静的（または準静的）位相素子は、一定の光波長で、空間光変調器の異なる領域を制御または切り替えること、そして、さらに位相素子によって位相の影響が生じるように、使用することができ、位相素子の調整は、せいぜい、光の波長が変化したときにのみ変化する。全てが１つのピクセル又は像点に属する異なる位相変調を有する異なる光路を使用することによって、例えば、空間光変調器の位相調整領域を比較的小さくなるように選択することができるので、空間光変調器を特に簡単な方法で設計することが素子できる。したがって、位相素子は、空間光変調器の位相影響機能を補足する。例えば、位相素子は、位相位置の粗調整を行うことができ、さらに、空間光変調器は、位相位置の微調整を行うことができる。したがって、空間光変調器のいくつかの等しい個々の素子を一緒に使用することができ、個々の素子は、比較的小さな位相変化をもたらすことで十分である。したがって、従来の構成とは反対に、単一の要素が２πの位相調整領域をカバーする必要はない。さらに、位相素子の使用は、個々の位相または振幅位相変調素子の得られる調整領域を著しく変化させることができ、例えば１８０度の位相跳躍の実現を容易にするかまたは可能にすることができる。
【００１６】
光学配置の一実施形態によれば、光学系は、空間光変調器のいくつかの隣接領域を重ね合わせて結像するように構成される。これは、光学系によって重ね合わせて結像される異なる光路の光の寄与が干渉し得るという利点を提供する。
【００１７】
光学配置の一実施形態によれば、光学系は、空間光変調器のいくつかの領域またはいくつかの隣接する領域を複素変調セルとして結像するように構成される。これは、異なる光の寄与の位相および振幅の重ね合わせの結果である（合計）光が、有利に隣接する異なる領域の寄与または光の寄与によって生成され得るという利点を提供する。例えば、像点（ピクセル）の光は、重ね合わせて結像される複素変調セル（サブピクセルまたは副像点と見なすことができる）の異なる領域によって決定することができる。
【００１８】
光学配置のさらなる実施形態によれば、光学系は光学ローパスフィルタを備える。ここで、光学ローパスフィルタは、空間光変調器のいくつかの領域またはいくつかの隣接する領域を複素変調セルに重ね合わせるか、または空間光変調器のいくつかの領域の光の寄与を像点に重ね合わせるように構成される。これは、光学ローパスフィルタが、空間光変調器および位相素子によって調整することができる位相および振幅を含む合計の光を生成するという利点を提供する。
【００１９】
光学配置のさらなる実施形態によれば、光学系はローパスアパーチャを備える。このローパスアパーチャは、空間光変調器のいくつかの領域またはいくつかの隣接する領域を複素変調セルに重ね合わせるように構成される。これにより、ローパスアパーチャが光学ローパスフィルタの機能を実現するという利点がある。ここで調整可能なローパスアパーチャもまた可能であり、それはローパスフィルタ効果の変化を実現する。
【００２０】
光学配置のさらなる実施形態によれば、空間光変調器は、例えば、微小電気機械システム、アナログの角度調節可能なミラー配置、またはデジタルマイクロミラー配置、または液晶配置を使用することによって形成される。これは、既知の市販の部品を空間光変調器に使用できるという利点を提供する。デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）または液晶装置は、アナログの角度調節可能なミラー装置または微小電気機械システムに加えて（代替として）有利に使用できる実施形態である。
【００２１】
光学配置のさらなる実施形態によれば、位相素子は位相の時間不変の影響を含む。これは位相素子が静的であるように表現することもできる。これにより、位相素子に安価な装置を使用できるという利点が得られる。さらに、これらの静的位相素子は、位相の非常に正確な影響または調整を可能にすることが有利であり得る。
【００２２】
光学配置のさらなる実施形態によれば、位相素子は回折光学素子によって形成される。これは、回折光学素子が非常に高い精度で位相の影響または調整を可能にすることができるという利点を提供する。
【００２３】
光学配置のさらなる実施形態によれば、位相素子はプレートを含み、重ね合わせて結像される異なる光路は、プレートの影響を受けて異なる光路長を通過する。これは、異なる光路長によって異なる光路の位相の差が得られるという利点を提供する。これは、複素平面内の異なる位相の異なる光路の光の寄与を置くことを可能にする。
【００２４】
光学配置のさらなる実施形態によれば、位相素子は、異なる厚さの領域を有するプレートを含む。ここでは、重ね合わせて結像される異なる光路は、厚さが異なるプレートの影響を受けて、異なる光路長を通過する。これは、光の寄与を複雑な平面にも配置することができ、プレートの領域の異なる厚さを製造技術によって容易に作り出すことができるという利点を提供する。
【００２５】
光学配置のさらなる実施形態によれば、位相素子は、異なる屈折率を有する領域を有するプレートを含む。ここで、重ね合わせて結像される異なる光路は、屈折率の異なるプレートの影響を受けて異なる光路長を通過する。これは、この構成がまた、光学面内の量および位相に従って光の寄与を置くことを可能にするという利点を提供する。
【００２６】
光学配置のさらなる実施形態によれば、位相素子は、位相の時間変動（時変）の影響を許容するように構成される。 これは、位相素子が静的ではないというように表現することもできます。これは、得られる精度を変えるとき、または使用される光の波長を変えるとき、位相素子を新しい要求に適合させることが可能であるという利点を提供する。
【００２７】
光学配置のさらなる実施形態によれば、位相素子はプログラムで制御可能である。これはまた、位相素子が調整可能であるように表現することもできる。これは、必要に応じて、動作中に領域の位相変化を変えることも可能であるという利点を提供する。
【００２８】
光学配置のさらなる実施形態によれば、位相素子は液晶位相変調器である。これは、位相素子を時変的に構成することができ、その特性も動作中に影響を受ける可能性があるという利点を提供する。
【００２９】
光学配置のさらなる実施形態によれば、空間光変調器による振幅の調整の変化は、２倍、または位相素子による位相の影響の変化よりも著しく速い。これは、一次ＳＬＭ（空間光変調器）のために高速モジュール技術を使用することができるので、画像の繰り返し速度のトレードオフが必ずしもこの実現において強制されないという利点を提供する。ここでもまた、既に上述した特徴を述べるべきである。ここでは、静的（または準静的）位相素子を使用することができ、その結果、一定の光波長において、位相影響は、空間光変調器の異なる領域を制御または切り替えることによってのみ実行され、位相素子の調整は、光の波長が変わったときだけ変わる。複素変調セルの（全体の）光の位相がより長い期間にわたって特定の限定された角度範囲をカバーすればよいことが知られているときには、位相素子の調整を変更することも可能である。これにより、例えば位相の精度を向上させることができる。
【００３０】
光学配置のさらなる実施形態によれば、空間光変調器ならびに位相素子および光学系は連続光軸に沿って配置される。これは、連続的な光軸によってより正確な結像を得ることができ、光学的配置がいくつかの離散的な波長に対する基本構造としても働くことができるという利点を提供する。
【００３１】
光学配置のさらなる実施形態によれば、位相素子は、空間光変調器から最大２ｍｍの距離に設けられる。それによれば、位相素子は、空間光変調器の領域に光の寄与を割り当てることができる位置に設けられることになる。言い換えると、空間光変調器の領域の位相素子の領域への割り当ては、空間光変調器の異なる領域が異なる位相シフトを有する位相素子の領域に割り当てられるように行われるべきである（位相影響）。
【００３２】
光学配置のさらなる実施形態によれば、位相素子は、空間光変調器の光学的に共役な平面内に±５ｍｍの低い許容範囲で設けられる。これは、空間光変調器から空間的に離れた位相素子の構造により、校正および実用化が簡易化され得るという利点を提供する。
【００３３】
光学配置のさらなる実施形態によれば、光学系は、重ね合わせた光の寄与が可能性のあるゼロ次回折の位置を通過することを可能にするフェージングアパーチャを含む。これは、焦点面内のゼロ次回折の位置が波長または光波長に依存しないという利点を提供し、したがって、いくつかの光波長または基本構造を有する光源の使用が可能である。
【００３４】
光学配置の更なる実施形態によれば、フェージングアパーチャは重ね合わせた光の寄与のゼロ次回折のみが通過することを可能にするか、またはフェージングアパーチャは重ね合わせた光の寄与が可能なゼロ次回折の位置においてのみ通過することを可能にする。これは、高次の回折を含む結像とは対照的に結像品質が改善されるという利点を提供する。
【００３５】
光学配置のさらなる実施形態によれば、空間光変調器の少なくとも１つの領域は光路内にあり、この光路は重ね合わせに寄与するように構成される。さらに、位相素子は、空間光変調器と重ね合わせ領域との間のこの光路に設けられている。ここで、位相素子は、述べられた光路の光の寄与の位相が重ね合わせの領域内の特定の位相を含むように構成される。これは、異なる光路が互いに固定の位相割り当てを有するように領域内の重ね合わせを構成できるという利点を提供する。
【００３６】
光学配置のさらなる実施形態によれば、空間光変調器の少なくとも２つの領域はいくつかの異なる光路を変調するように構成され、光路はそれぞれ重ね合わせに寄与するように構成される。さらに、位相素子は、いくつかの異なる光路に沿って異なる程度で伝播する光の寄与の位相を変化させるように構成されている。これは、異なる光路が、空間光変調器による変調および位相素子による変調によって調整することができる振幅および位相を含む重ね合わせにおいて合計の光強度をもたらすという利点を提供する。
【００３７】
光学配置のさらなる実施形態によれば、空間光変調器の少なくとも２つの領域は２つの異なる光路を変調するように構成され、光路はそれぞれ重ね合わせに寄与するように構成される。さらに、位相素子は、２つの異なる識別された光路に沿って伝搬する光の寄与の位相変化の差、例えば９０°±１０°を調整するように構成される。これは、空間光変調器の必要セル数を減らすことができるという利点を提供する。ここで、例えば、アナログの角度調節可能なミラー空間光変調器の場合、５０％の減少が得られる。
【００３８】
光学配置のさらなる実施形態によれば、空間光変調器の領域は位相素子のいくつかの領域に割り当てられる。これは解像度もまた高めることができるという利点を提供する。ここで、変調は、空間光変調器の面積によって位相素子のいくつかの位相変化領域に割り当てられる。
【００３９】
光学配置のさらなる実施形態によれば、異なる位相影響を有する４つの位相素子の領域は、少なくとも２つの区別された光路を変調するように構成される２つの空間光変調器の領域を有する複素変調セルを形成する。これは、空間光変調器の２つの領域と位相素子の４つの領域の助けを借りて、複雑な変調セル内で振幅と位相を調整できるという利点を提供する。それによって、空間光変調器の少数の異なる領域を有する複素平面内に合計光を配置することが可能である。
【００４０】
光学配置のさらなる実施形態によれば、空間光変調器のいくつかの領域を有する複素変調セルを形成する位相素子のいくつかの領域は、異なる位相影響を有する少なくとも３つの領域を含む。ここで、位相素子のいくつかの領域の内の第１の領域の第１の影響の角度と位相素子のいくつかの領域の内の第２の領域の第２の影響の角度との差は、例えば１８０°未満である。さらに、光学系は、複素変調セルに属する光路の重ね合わせを許容するように構成される。これは、この配置では、空間光変調器および位相素子のできるだけ小さい面積の多くの領域が複雑な変調セルを形成できるという利点を提供する。ここで、第１の領域の第１の位相の影響の角度と第２の領域の第２の位相の影響の角度との間には、第３の位相の影響の角度は存在しないことに留意されたい。
【００４１】
光学配置のさらなる実施形態によれば、空間光変調器のいくつかの領域を有する複素変調セルを形成する位相素子のいくつかの領域は、異なる位相影響を有する厳密にｎ個の領域を含む。さらに、第１の位相の影響の角度と第２の位相の影響の角度との間の差は、３６０°／ｎに等しく、公差は±３６０°／（２ｎ）である。これは、できるだけ小さい位相素子の多数の領域が、できるだけ高い位相の精度を得ることができるという利点を提供する。
【００４２】
光学配置のさらなる実施形態では、位相素子が機械的に交換可能な方法で提供される。これは、位相素子またはいくつかの位相素子を異なる光波長に適合させることができるという利点を提供し、それは必要な光波長に応じて使用することができる。
【００４３】
光学配置のさらなる実施形態では、空間光変調器および位相素子は複数の複素変調セルを形成する。ここで、光学系は、複数の複素変調セルを別々に結像するように構成されている。これは、例えば複雑な変調セルの結像に対応する、例えば多数の像点を結像することができるという利点を提供する。
【００４４】
さらなる実施形態では、光学配置は、角度調節可能なミラーを含み、位相素子は、機械的結合による角度調節可能なミラーの光軸に対する偏向中に反対方向に移動する角度調節可能なミラーの２つの領域が、異なる位相寄与を提供する位相素子の２つの領域に割り当てられるように配置される。
【００４５】
さらなる実施形態では、角度調節可能なミラーは、光軸に垂直な方向に可変である位相寄与を生成するように構成される。位相素子は、当該角度調節可能なミラーの第１の領域に第１の位相寄与を提供し、当該角度調節可能なミラーの第２の領域に第２の位相寄与を提供するように構成される。この角度調節可能なミラーの位相寄与は、第１および第２の領域にわたって局所的に連続的であるかまたは局所的に線形に可変である。
【００４６】
さらなる実施形態では、位相素子は、角度調節可能なミラーの偏向に応じて局所的に連続的に一定の位相寄与をもたらす角度調節可能なミラーを使用することによって不連続位相曲線を実現するように構成される。
【００４７】
さらなる実施形態では、位相素子は、位相素子が少なくとも９０°の位相跳躍を角度調節可能なミラーの２つの領域に割り当て、角度調節可能なミラーの偏向に応じて局所的に連続的に一定の位相寄与をもたらすように構成される。
【００４８】
さらなる実施形態は、空間光変調器および複素数値の光照射野を生成するための位相素子を用いて光学配置を操作するための方法を提供するものであって、この方法は、位相素子のそれぞれの領域における位相の影響が有用な領域にわたって最大で１８０°変化することを実現するために、変調されるべき光寄与の有用な光波長に応じて位相素子のいくつかの領域における光学特性を適応させることを含む。これは、異なる光波長の光が量および位相において調整され得るという利点を提供する。
【００４９】
さらなる実施形態は、空間光変調器および異なる光波長を変調するための位相素子を用いて光学配置を動作させるための方法を提供する。ここで、当該方法は、位相素子のそれぞれの領域で実現される位相の影響を、最大１８０°の許容範囲で有用な光波長の所定の領域にわたって一定に保つために、複素変調セルによって変調された光寄与の光波長に応じて、複素変調セルに属する位相素子のいくつかの領域におけるいくつかの位相影響を調整することを含む。これは、異なる光波長の光が量および位相において調整され得るという利点を提供する。
【００５０】
さらなる実施形態は、空間光変調器、位相素子、および光照射野分布を生成するための光学系を用いて光学配置を動作させるための方法を提供し、この方法は、空間光変調器の領域を通過する少なくとも２つの光路において光強度を変調するように空間光変調器を調整することによって、振幅および位相を変えながら空間的に調整可能であり、この空間光変調器は、その領域を重ね合わせて結像し、位相変調は異なる程度で行われる。ここで、第１調整状態では、光強度の第１の分布が少なくとも２つの光路に存在し、第１の位相位置の光が得られる。第２の調整状態では、光強度の第２の分布が、光強度の第１の分布とは異なる少なくとも２つの光路に存在し、それによって、第２の位相位置で光が得られる。
【００５１】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。図面は、以下に示す。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による光学配置の概略図である。
【図２】図２は、一実施形態による光学配置の概略図および合計光ベクトルを有する複素平面の図である。
【図３ａ】図３ａは、本発明の一実施形態による、アナログの角度調節可能なミラー配置と回折光学素子とを有する光学配置の概略図および複素平面の図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図３ａによる光学配置における光路に沿った位相寄与の説明図である。
【図３ｃ】図３ｃは、別の実施形態による位相素子の断面図および平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態による共役光学面内に回折光学素子を有する光学配置の概略図である。
【図５】図５は、本発明の一実施形態による方法の流れ図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態による方法の流れ図である。
【図７】図７は、本発明の一実施形態による方法の流れ図である。
【図８】図８は、従来技術の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
実施形態の説明
以下では、本発明により可能な異なる実施形態が説明され、それは例えば位相および振幅の空間光変調器装置の発明を実現することができる。
【００５４】
図１による実施形態
図１は、光学配置１００を示す。光学配置１００は、空間光変調器１１０、位相素子（位相変調器）１２０、および光学系１３０を含む。また、図１には、第１光路１４１と第２光路１４３とが示されている。さらに、図１は、第１の光路１４１および第２の光路１４３を示す。十分なコヒーレンス長（可干渉距離）を有する光が想定されるとき、振幅および位相を有する光の寄与はこれらの異なる光路に沿って伝搬している。さらに、空間光変調器１１０（位相空間光変調器または結合された振幅および位相特性曲線を有する空間光変調器とすることができる）は、いくつかの領域１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃを含む。図１では、２つの領域１１０ａ、１１０ｂがそれぞれの光路１４１、１４３の光の寄与の振幅に影響を及ぼし得るように、２つの領域１１０ａ、１１０ｂが示されている。空間光変調器１１０または領域１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃは、複数の光路１４１、１４３に沿って伝搬する複数の光の寄与のそれぞれの振幅を調整するように構成することができる。位相素子１２０は、異なる光路１４１、１４３に沿って伝播する少なくとも２つの光の寄与の位相が異なる程度に変化するように、複数の光の寄与のそれぞれの位相に影響を及ぼすように構成することができる。したがって、光の寄与は、複素平面内のそれぞれの光路におけるそれらの位相に従って整列させることができる。さらに、光学系１３０は、空間光変調器１１０のいくつかの領域１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、・・・を重ねて結像するように構成することができる。ここで、空間光変調器１１０の領域１１０ａ、１１０ｂは、例えば、異なる光路１４１、１４３に重ね合わされ、ここで、これらの異なる光路１４１、１４３に沿って伝搬する光の寄与は、位相素子１２０によって異なる程度に変化する位相を含む。これはまた、空間光変調器１１０の（光学的に）重ね合わされた領域が、位相素子１２０によって位相が異なる程度に変化する異なる光路１４１、１４３にあるように表現することもできる。
【００５５】
さらに、図１は、光学系１３０による重ね合わせによって、光路（または空間光変調器の割り当てられた像点）が同じように図示または結像されるように光路１４１、１４３を重ね合わせることを示していて、もはや区別することはできない。さらに、それぞれの光路の振幅および位相の例示的な説明によって、光学配置１００の可能な動作モードが示されている。位相および位相振幅空間光変調器１１０による影響前の２つの光路１４１、１４３の振幅および位相は、それぞれ振幅についてはＡ0、位相についてはφ0で示されている。この例では、変調されるべき光が２つの光路１４１、１４３において同一の位相および同一の振幅を有する場合が選択されている。位相および位相振幅空間光変調器１１０による影響、または領域１１０ａ、１１０ｂによる影響により、２つの光路１４１、１４３の光の寄与のそれぞれの振幅が変化する。領域１１０ａによる影響を受けた後、光路１４１は振幅Ａ1および位相φ0を有する。これは、領域１１０ａによる影響を受けた後の光路１４１の振幅Ａ1が、領域１１０ａによる影響を受ける前の光路１４１の振幅Ａ0と概して異なり得ることを特徴とするためである。光路１４３についても同様である。光路１４３に沿って伝搬する光の寄与に関して、領域１１０ｂによる影響の前の振幅はＡ2で表され、領域１１０ｂによる影響の後ではＡ0で表される。振幅の異なる指定は、Ａ ０がＡ ０と異なる、またはＡ0とＡ2が異なる必要があることを意味しないが、空間光変調器１１０は好ましくはこの選択肢を提供する。さらに、位相φ0’’は、光路１４３をもたらし、位相φ0と比較して、位相φ0’は、位相空間光変調器および合成振幅位相空間光変調器によってそれぞれ調整可能である（可変位相オフセットがφ0’とφ0’’との間で得られるように）。
【００５６】
位相素子１２０は、２つの光路の位相の（さらなる）調整（変動、影響）を得る。位相素子１２０による影響の前に、光路１４１に沿って伝播する光の寄与は、位相φ0（または互いに対して別の固定位相関係）を有する。位相素子１２０による影響の後、光路１４１に沿って伝搬する光の寄与は位相φ1を有する。第２光路１４３において、位相素子１２０による影響を受ける前の位相はφ0である。位相素子１２０による影響の後、光路１４３に沿って伝搬する光の寄与の位相はφ2である。この場合、異なる位相φ1、φ2は有用な構成である。それにより、異なる位相を用いてベクトルを複素平面に配置することが可能であり、ここで、光の寄与のベクトルは振幅Ａ1、Ａ2およびそれぞれの位相φ1、φ2を有する。
【００５７】
さらに、光学系１３０は、光路１４１、１４３を重ね合わせるか、又はそれらを重ね合わせて結像するように（例えば、光路１４１、１４３が共通の像点で終わるように、または空間光変調器の異なる副像点が共通の像点に結像されるように）構成することができる。説明のために、これは、光路１４１、１４３が光学系１３０を通過した後の１つの光路として示されるように図１に示される。この光路の重ね合わせにより、振幅と位相を考慮して波の重ね合わせを行うことができる。これは、例えば、２つの光路１４１、１４３に沿って伝搬する光の寄与の「ベクトル」のベクトル加算に対応し得る。
【００５８】
ここで、光学システム１３０は、この場合、光路１４１および１４４として定義される２つの光路だけでなく、複数の光路が重ね合わせて結像するように構成することができる。また、空間光変調器１１０の隣接領域によって影響を受けるいくつかの光路の重ね合わせも光学系によって可能である。
【００５９】
したがって、光学系１３０は、空間光変調器１１０のいくつかの領域またはいくつかの隣接する領域を複素変調セルに重ね合わせるか、またはそれらを重ね合わせて結像するように構成することもできる。複素変調セルは、位相素子１２０が位相を異なって調整することによって、および空間光変調器１１０による振幅変調によって、光の寄与が量および位相に従って調整され得ることを意味し得る。したがって、異なる振幅および異なる位相の異なる光の寄与を重ね合わせることによって、複素平面内のベクトルを表す合計光が得られ、ここで合計光のベクトルは、それを構成するベクトルとは異なり得る。あるいは、空間光変調器は、異なる光寄与および異なる光路１４１、１４３がそれぞれ異なる時間に複素変調セル内で選択され得る、光寄与のうちの１つの制御された選択を実行し得る。
【００６０】
さらに、光学系１３０は光学ローパスフィルタを含むことができる。このローパスフィルタは、空間光変調器１１０のいくつかの領域またはいくつかの隣接する領域が複素変調セルに重ね合わされるように、いくつかの光路を重ね合わせるように構成することができる。この場合、異なる光路の光の寄与からも構成され得る合計の光は、個々の光の寄与の振幅および位相とは異なる振幅および位相を有し得る。
【００６１】
散乱および回折および他の望ましくない（「寄生的な」）効果を考慮しない有用な光路、すなわち、ある種の機能的光路は、最初に空間光変調器１１０を横切り、続いて位相素子１２０を通り、さらに光学系１３０を横切る光路とすることができる。この光路はそれに応じて図１に示されている。一方、光路が最初に位相素子１２０を通過し、その後に初めて空間光変調器１１０を通過することも可能である。同じことが、２つの変調器１１０および１２０の前、または２つの変調器１１０、１２０の間で光学系１３０の素子を通過する場合もあり得る。しかしながら、１つの条件は、複素変調セルに属する光路の重ね合わせが、空間光変調器１１０および位相素子１２０を通過した後に初めて起こるということである。
【００６２】
本明細書に記載の方法は、例えば、ＳＬＭ（空間光変調器１１０）に書き込まれたパターンのゼロ次回折を使用する。焦点面内のゼロ次回折の位置は波長に依存しない。したがって、本明細書に記載の方法は、例えば、単色で、またいくつかの波長について、そして場合によってはフィルタを有するスペクトル広帯域光源についても順次または空間的に並列に使用することができる。［参考文献３］とは反対に、提示された方法は、方法固有の色収差を含まない。
【００６３】
光学系の光軸は維持される。提示された方法は、補正された光学配置（例えば、光学系１３０または光学系１３０の一部の形態で）の意図された使用を可能にし、同じ時間が同じことをいくつかの目的（波長）に対して同時に使用可能にするという点で、光学システム設計を著しく単純化する。
【００６４】
［参考文献３］による既存の方法と比較して、ゼロ次回折を使用するとき、光効率は改善される。より大きな割合の光が（例えばレーザ）光源からシステム出力に到達する。
【００６５】
複素変調のための方法は、例えば位相空間光変調器およびデジタルマイクロミラー配置またはアナログの角度調節可能なミラーマトリックスなどの位相振幅空間光変調器と共に使用することができる。
【００６６】
要約すると、図１は、変動する振幅および位相で（例えば空間的におよび／または時間的に）調整することができる光照射野分布を生成するための光学配置（１００）を示すと言える。光学配置は、プログラム可能な空間光変調器（１１０）、位相素子（１２０）、および光学系（１３０）を含む。位相素子は、隣接する変調器のピクセル（例えば、空間光変調器の隣接する領域によって制御されるか、または割り当てられている「サブピクセル」または「副像点」上）に少なくとも２つ以上の位相寄与を及ぼすように構成される。
光学系（１３０）は、空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）のいくつかの領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ）、例えば、位相素子による異なる位相寄与を重ね合わせる仕方で空間光変調器の領域を結像するように構成される。空間光変調器および位相素子は、平面または共役光学マスク平面の被写界深度内に配置される。したがって、光学配置は、例えば、後続の像面（例えば、光学系に続く像面）において事前に決定可能な複素光照射野分布を得るように構成される。
【００６７】
さらに、位相素子は偏光素子で置き換えることができる。偏光素子は、隣接する変調器のピクセルに少なくとも２つ以上の偏光寄与を及ぼすように、または少なくとも２つの異なる偏光フィルタを隣接する変調器のピクセルに適用するように構成することができる。したがって、光の寄与を重ね合わせることによって得ることができる光の偏光を調整することができる。
【００６８】
さらに、例えば、振幅、位相および偏光を調整することができるように、偏光素子の使用を位相素子の使用と組み合わせることができる。例えば、像点に対して定常的またはわずかに可変的な偏光挙動を有する異なる偏光素子を像点に割り当てることによって、空間光変調器による偏光特性の高速制御が可能である。（例えば、重ね合わせて像点上に結像される空間光変調器の異なるサブピクセルまたは副像点は、どの程度の光強度が個々の偏光素子のどれに当たるか、または、個々の偏光要素からの寄与がどのくらいの大きさまたは強い光を決定するかを決定する。）
【００６９】
図２による実施形態
図２は、光学配置２００の一実施形態を示す。さらに、図２は、空間光変調器２１０および位相素子２２０の詳細図２００ａを示す。さらに、図２は、異なるベクトルを有する複素平面の実例２０１を示す。これらの異なるベクトル２０２ａ、２０２ｂは、位相素子２２０の助けを借りて調整することができる可能な振幅および位相を有する光波の振幅および位相を表すベクトルを示す。さらなるベクトル２０３は、量および位相において、可能性のある合計光（または合計光の波を表す）に対応する可能性のある合計ベクトル２０３を示し、合計光を表すベクトルは、ベクトル２０２ａ、２０２ｂ（または個々のもの）から構成され、ベクトル２０２ａ、２０２ｂのベクトル加算によってそれぞれ形成される。合計光は、空間光変調器２１０の異なる領域２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄによって影響を受ける（変調される）異なる光の寄与を重ね合わせることによって生じる。
【００７０】
ここで、光学配置２００は、上述の空間光変調器２１０を含む。空間光変調器２１０は、例えば、それによって反射、送信、透過または放出された光の寄与が、少なくとも一定の光波長において、制御によって可変である互いに対する位相関係を有するように制御することができる。ここで、空間光変調器の制御は、それぞれの領域の振幅寄与とそれぞれの領域の位相寄与の両方を変えることができる。振幅寄与および位相寄与の変化は、例えば、参照番号２８０に示すように結合することができる。
【００７１】
特に、軌跡が参照番号２８０で示されており、それは、空間光変調器の領域の振幅寄与および位相寄与が、制御電圧（または異なる制御信号）の変化と共にどのように変化し得るかを示す。例えば、空間光変調器の領域（一般に複素平面内の点で示される）の振幅および位相の寄与は、点ｐ１（ｕmin）で始まり、点ｐ１（ｕmax）で終わる軌跡２８２を通過することができる。）例えば、振幅と位相の両方が軌跡に沿って変化し、軌跡に沿った位相変化は、例えば１８０度未満であり、振幅と位相は一緒にしか調整できない。これは、例えば液晶空間光変調器の場合であり得る。
【００７２】
この励起または照射または制御は、平面波面２４０によって図２に示されている。この平面波面２４０は、波長λとｚ方向の伝搬方向を示す。ここで、平面波面２４０は、複素数（ポインタ）の形でＡ0ｅjkzとして記述される。この平面波面２４０はまた、（例えば放出中の）空間光変調器２１０（ＳＬＭ）の可能な励起または照射または制御を表すことができる。位相素子２２０は、この空間光変調器２１０に近接して配置されている。選択された場合において、この位相素子２２０はＤＯＥ（回折光学要素）として特徴付けられる。詳細図２００ａには、空間光変調器２１０および位相素子２２０の一部が再び示されている。ここで、空間光変調器２１０は、異なる領域２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄを含む。これらの異なる領域はまた、像点またはピクセル、あるいは副像点またはサブピクセル（ｐ1、ｐ2、ｐ3、ｐ4）として番号付けすることができる。領域２１０ａ〜２０１ｄは「サブピクセル」と見なすこともでき、それらすべてを一緒にして画像の単一の像点上に重ね合わせて結像することができる。これらの領域２１０ａ〜２１０ｄには、位相素子２２０の異なる領域が割り当てられている。したがって、位相素子２２０は、空間光変調器２１０の４つの領域２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃおよび２１０ｄに対応する（割り当てられる）領域を含む。位相素子２２０には、位相の変化が示され、領域２１０ａに対応する、または領域２１０ａに割り当てられた位相素子２２０の領域２２０ａは、例えば０の第１の位相変化を有する。（第１の領域は任意に決定することができ、ここで領域２２０ａ、２２０ｂ、２２０ｃ、２２０ｄの位相寄与の差だけが重要である。）領域２１０ｂに割り当てられた位相素子２２０の領域２２０ｂは、例えば０．５πの第２の位相変化を含み、領域２１０ｃに割り当てられた位相素子２２０の領域２２０ｃは、例えばπの第３の位相変化を含み、そして、領域２１０ｄに割り当てられた位相素子２２０の領域２２０ｄは、例えば１．５πの第４の位相変化を含む。
【００７３】
さらに、光学配置２００は光学系２３０を含む。図示の場合、光学系２３０は、第１レンズ２３１、絞り２３３、および第２レンズ２３５を備える。その場合、アパーチャ２３３は、重ね合わされた光の寄与のゼロ次回折を通過させるように構成されたフェージングアパーチャ、または重ね合わされた光の寄与のゼロ次回折のみを通過させることを可能にするフェージングアパーチャを示すことができる。さらに、アパーチャ２３３はローパスアパーチャにも対応することができる。この場合、アパーチャ２３３は、いくつかの領域またはいくつかの隣接する領域、例えば空間光変調器２１０の領域２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄを複素変調セルに重ね合わせるように構成される。
【００７４】
さらに、図２は、光学配置２００の一部ではないスクリーンを含む。例えば、複素数値（すなわち、量および位相が調整された）の空間光をこのスクリーンに投影することができる。
【００７５】
さらに、図２は、複素平面内に像面をもたらす、異なる光の寄与のベクトルの位置を表す表現２０１を示す。ここで、表現２０１は、実部軸に対応する横座標２０１ａを含み、さらに虚部軸に対応する縦座標２０１ｂを含む。さらに、表現は、２つのピクセルｐ1およびｐ2に対応する２つのベクトルを含む。１つのピクセルｐ1およびピクセルｐ1の光寄与は、それぞれベクトル２０２ａによって表される。選択された例では、このベクトル２０２ａは実部軸内にあるが、それに応じて（すなわち制御信号を変更することによって）第１の像点または副像点２１０ａが制御されるとき、それは軌跡２０５ａに沿って変化し得る。ベクトル２０２ｂは、ピクセルｐ2の光の寄与に対応する。第２の副像点の制御電圧を変えることによって、ベクトル２０２ｂを軌跡２０５ｂに沿って変えることができる。ここで、軌跡２０５ｂが軌跡２０５ａに対して９０度回転していることは明らかである。等しい空間光変調器の副像点が仮定される場合、これは位相素子の第１の領域２２０ａと位相素子の第２の領域２２０ｂとの間の位相差によって得られる。したがって、光学装置２００ａの拡大図では、位相素子２２０における０．５πの位相オフセットが、それぞれピクセルｐ2および領域２１０ｂに割り当てられていることが分かる。ピクセルｐ3の光の寄与に対応するベクトル２０２ｃは比較的短い。第３の副像点の軌跡２０５ｃは、１８０度（最初の副像点の軌跡と比較して）回転され、それはそれぞれピクセルｐ3に割り当てられた位相素子の領域２２０ｃおよび空間光変調器の領域２１０ｃにおけるπの位相オフセットによって引き起こされる。表現２０１では、ピクセルｐ4の寄与に対応する第４のベクトル２０２ｄが示されている。第４の副像点の軌跡は、第１の副像点の軌跡に対して２７０°回転しており、これは位相素子の領域２２０ｄにおいて３π／２の位相オフセットによって誘起される。１．５πの位相オフセットは、空間光変調器２１０の領域２１０ｄおよびピクセルｐ4にそれぞれ割り当てられる。
【００７６】
光学装置２００の拡大図２００ａでは、ピクセルｐ1に対応する領域２１０ａは白であり、これは第１の制御電圧に対応する。ピクセルｐ2に対応する領域２１０ｂは、第２の制御電圧に対応する中間の灰色（またはそれぞれの濃淡）である。さらなるピクセルｐ3、すなわち領域２１０ｃおよびピクセルｐ4、すなわち領域２１０ｄは黒であり、これは第３の制御電圧に対応する。
【００７７】
図示の例では、これは、透過率の値として、また空間光変調器２１０の位相寄与の値として考えることができる。これは、領域２１０ｃおよび２１０ｄが低い透過率を有するかまたは入射光を完全に（少なくともほぼ）吸収することを意味する。領域２１０ａは、例えば１００％（またはほぼ１００％）の透過率に対応することができる非常に高い透過率を有する。領域２１０ｂの透過率は、中間の灰色で示されており、例えば、５０％の透過率（または５０％から８０％の間の範囲内）に対応し得る。表現２０１において、これは再び示される。ベクトル２０３は、全振幅を有するピクセルｐ1の寄与と、振幅の半分を有するピクセルｐ2の寄与と、のベクトル加算として見ることができる。より小さな寄与はまた、第３のピクセル（または副像点）および第４のピクセル（または副像点）からも生じ得る。
【００７８】
図２は、この場合にはＤＯＥで示される位相素子２２０をさらに示す。したがって、位相素子２２０は回折光学素子に対応することができる。この位相素子２２０は、位相素子２２０が静的であるように表現することができる位相の時不変の影響を含むことができる。図２による実施形態では、この位相素子２２０がプレートを含むことがさらに例示され、重ね合わせて結像されるべき異なる光路は、位相素子２２０のプレートによって影響を受ける異なる光路長（光学距離）を通過する。この異なる光路長のために、異なる光路の位相の差が得られる。これは、例えば、プレート２００の異なる厚さに従って（相対的）位相変化（または位相寄与）が０、０．５π、πおよび１、５πで示されるように拡大図２００ａに示されている。これは、例えば、（相対的）位相変化（または位相寄与）が、プレートの異なる厚さに応じて、０、０．５π、πおよび１．５πで示されるように、拡大図２００ａに示されている。このようにして、位相素子は、光路がプレートの異なる厚さを通過するという点で異なる光路長を得ることができる。代替の実施形態は、例えば、異なる屈折率を有する領域の組み合わせである。ここで、プレートは、例えば平面的に製造することができる。さらに、２つの選択肢、すなわち個々の領域の異なる機械的厚さおよび異なる屈折率の組み合わせが可能である。これすべてが、位相素子２２０の異なる領域を通過する異なる光路の異なる光路長を得る。
【００７９】
図２及び光学装置２００のそれぞれにおいて、位相素子２２０がいくつかの個々の部分から構成されていることが示されている。図２に示すように、これらの部分は繰り返すことができる。図示の例では、４つの異なる位相オフセットが繰り返され、明らかに４つよりも少ない異なる位相オフセットの領域の後または後の繰り返しも可能である。図２はさらに、ｕ0＝Ａ0ｅjkzで示される入射平面波２４０を示す。図示の例では、この平面波２４０は、空間光変調器２１０の個々の領域２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ（黒領域または同等の陰影）によって、それぞれ吸収され、少なくともほぼ完全に吸収されるか、または透過することができる（白領域）または部分的に吸収され部分的に透過させることができる（灰色領域または等価陰影）。
【００８０】
さらに、撮像される領域、すなわち、空間光変調器２１０の平面と光学系２３０の第１のレンズ２３１との間の距離が、レンズの焦点距離ｆに対応することが分かる。レンズ２３１から焦点距離ｆの距離に開口２３３が示されている。この開口部２３３には、異なる次数の回折が示されている。これらの回折次数は、開口２３３がゼロ次回折のみが通過できるように構成されていることを示している。第２のレンズ２３５は、さらなる焦点距離ｆの距離で図示されている。最後に、第２のレンズ２３５から焦点距離ｆの距離にあるスクリーンが示されている。この光学系は、領域２１０または空間光変調器２１０の領域をスクリーン上に結像できるように構成されている。
【００８１】
散乱や迷光がないこと、およびその他の望ましくない（「寄生的な」）効果を考慮した有用な光路すなわち、ある種の機能的光路は、最初に空間光変調器２１０を横切り、続いて位相素子２２０を通り、さらに光学系２３０を横切る光路とすることができる。光学系２０３の領域では、光路は最初に第１のレンズ２３１を通過し、次に開口部２３３を通過し、最後に第２のレンズ２３５を通過する。これは図２にも示されている。一方、光路が最初に位相素子２２０を通過し、次に空間光変調器２１０のみを通過することが可能である。
光学系２３０の要素が、２つの変調器２１０および２２０の前、または変調器２１０、２１０の間を通過することもあり得る。しかしながら、１つの条件は、複素変調セルに属する光路の重ね合わせ（ここでは例えば開口部２３５の領域内で）が空間光変調器２１０および位相素子２２０を通過した後に初めて実行されることである。
【００８２】
図２は、ゼロ次回折を用いた複素変調方法を示している。静的位相素子２２０（ここではＤＯＥ）は、ＳＬＭピクセル（例えば、ｐ1、ｐ2、ｐ3、ｐ4）の複素数値の寄与を出力面（スクリーン）内の画像に配置する。開口部２３３は、ピクセルの重ね合わせを提供する。複雑なマクロピクセルは、例えば、４つのプログラム可能なＳＬＭピクセルｐ1、ｐ2、ｐ3、ｐ4（「サブピクセル」または副像点とも呼ばれる）からなる。
【００８３】
提示された方法は、プログラム可能な空間光変調器２１０とさらなる静的位相素子２２０（例えば回折光学素子ＤＯＥ）とのシステムを使用する。その原理を図2に示します。複素変調セル内のピクセル（またはピクセルによって影響を受ける振幅と位相量の軌跡）は、（例えば、振幅および位相寄与の軌跡が調整パラメータを介して他のものに対して回転するように）例えば位相素子２２０によってもたらされる位相遅延によって複素平面内に配置される。ここで、本発明の方法は、主に、ＳＬＭ２１０によって変調された場のゼロ次回折を使用する。全ての高次の回折は、アパーチャ２３３によって光路から除外される可能性がある。さらに、アパーチャ２３３は、隣接するピクセルを複素変調セルに重ね合わせる（光学ローパスフィルタリング）。ゼロ次回折の位置は波長に依存しない。したがって、提示された方法では、正確な結像のために全ての構成要素が連続した光軸上に配置され、それは同時にいくつかの別々の波長に対する基本構造として働くことができる。
【００８４】
この方法は複素数値の光変調に適している。同じことを複数の変調器技術、とりわけ速い画像繰り返し速度を有する技術（例えば、微小電気機械システム、ＭＥＭＳ）と組み合わせることができる。この方法は、高い画像繰り返し率に関連して複素数値変調を必要とする用途に特に適している。さらに、柔軟に設計され、同時に正確なシステム構造および異なる波長の使用は、本発明の基本的課題である。
【００８５】
可能性のある用途は迷光の技術的処理である：デジタル光学位相共役［参考文献６］および波面整形［参考文献７］。これら２つの比較的若い分野では、メディアを迷うことによって、またこれらのメディア内でイメージングの選択肢が探求されている。多数の生物学的材料は強い散乱効果を有する。上記の２つの方法では、深部組織層での集束とイメージングが可能であるが、高速で理想的には複雑な光照射野変調が必要である［参考文献８］。
【００８６】
さらなる可能な用途は、デジタルホログラフィによるホログラフィック３Ｄ画像表現である。３次元光照射野を正確に再構成するには、複素変調が必要です［参考文献９］。現在、この用途では位相変調が使用されており、振幅の調整可能性の欠如による品質損失が許容されている。提示された方法はこの光学結像品質を改善することができる。
【００８７】
さらに、本発明によれば、最高の光学的柔軟性を得るために、提示された方法において静的ＤＯＥ２２０をプログラム可能な位相素子（例えば、１２０、２２０、３２０、４２０）で置き換えることが有利であり、例えば 液晶ベースでゆっくり変調する。このようにして、例えば、波長に適合した位相マスクを実現することができる。同時に、一次振幅変調ＳＬＭ２１０（ＭＥＭＳ）、したがって空間光変調器２１０は高速変調器技術で動作することができるので、この実現において画像繰り返し率のトレードオフは不要である。
【００８８】
さらに、静的変調器２２０は、例えば、プログラムで制御可能なＳＬＭまでの距離を短くして配置することができると言える。同様に、静的変調器２２０も共役光学面（すなわち位相素子４２０、図４参照）に配置することができる。これは調整を単純化し、それ故実用化を単純化することができる。
【００８９】
まとめると、図２は、振幅および位相が結合して調整される液晶素子の特性曲線を示すことに留意されたい。参照番号２８０の拡大表示における曲線パラメータは、素子に印加される電圧である。参照番号２００ａでの表現では、グレー値は個々のピクセルの振幅を表し、矢印は個々のピクセルの位相位置を表す。
【００９０】
図３ａおよび３ｂによる実施形態
図３ａは、角度調節可能なミラー配置３１０を有する光学配置３００を示す。さらに、光の寄与のベクトルの表現３０１が示されている。
【００９１】
光学配置３００に関して、詳細図３００ａが示されている。詳細図３００ａは、２つの角度調節可能なミラーを有する空間光変調器３１０の一部と位相素子３２０の一部を示している。光学配置３００は、空間光変調器３１０と、回折光学素子（ＤＯＥ）として構成することができる位相素子３２０とを備える。さらに、光学配置３００は光学系３３０を含む。この光学系は、ビームスプリッタ３３１、第１のレンズ３３３、アパーチャ３３５、および第２のレンズ３３７を備える。
【００９２】
図示の場合では、空間光変調器３１０は、アナログの角度調節可能なミラー構成を使用することによって製造されている。さらに、例えば、微小電気機械システムまたはデジタルマイクロミラー配置（ＤＭＤ、デジタルマイクロミラー装置）または液晶配置を使用するシステムも可能である。
【００９３】
全体構造、すなわち光学配置３００は以下のように説明することができる。したがって、平面光波３４０とすることができるｕ0＝Ａ0・ｅjkzで示される入射光波３４０は、例えば光軸に対して本質的に垂直な方向からビームスプリッタに入射する。ビームスプリッタは、とりわけ入射光ビーム（または入射平面（光）波３４０）を、特に、位相素子３２０および空間光変調器３１０の方向に反射または偏向し、それにより偏向された入射波が、配置の光軸に対して、実質的に平行に伝播されるようにする。次に、平面波は、初めて位相素子３２０を通過し、異なる局所領域で異なる位相寄与を経験する。異なる位相寄与を与えられた平面波は、例えば詳細図３００ａに示される異なる領域において空間光変調器３１０によって反射（送信）されるか、または異なる光路に導入される。ここで、空間光変調器の個々の角度調節可能なミラーの寸法は、例えば回折現象が問題となるようなものである。この反射波または回折波は、位相素子３２０を２回通過する間に、位相素子３２０の異なる領域においてさらに位相の変化を経験する。この位相変化波または位相変調波（および場合によっては振幅変調波）は、ビームスプリッタ３３１および第１のレンズ３３３を通過する。焦点距離ｆ1を有する第１のレンズ３３３は、アパーチャ３３５内に光照射野を集束させる。このアパーチャ３３５もまた、変調された光照射野のゼロ次回折のみが通過することを可能にするフェージングアパーチャと見なすことができる。さらに、アパーチャ３３５を光学ローパスフィルタとして構成することもでき、この光学ローパスフィルタは、空間光変調器３１０のいくつかの領域またはいくつかの隣接する領域３１０ａ、３１０ｂを複素変調セルに重ね合わせるように構成される。第２のレンズ３３７は、アパーチャ３３５から焦点距離ｆ2（すなわち、第２のレンズ３３７の焦点距離）の距離にある。この第２のレンズ３３７は、図３ａにおいて第２のレンズ３３７から距離ｆ2で提供されるスクリーン上に光照射野を結像するように構成され得る。
【００９４】
さらに、図３ａでは、詳細図３００ａが示されている。この詳細図３００ａは、空間光変調器３１０の一部（例えば２つの角度調節可能なミラーを有する）と位相素子３２０の一部を示す。空間光変調器３１０は、２つの領域３１０ａ、３１０ｂを含む。これら２つの領域３１０ａおよび３１０ｂは、ピクセルまたは副像点ｐ１およびｐ２に対応する。これらの領域は、光路内で光照射野を反射するために、または光路内でそれを変調するために適しているそれぞれ１つ（すなわち全部で２つ）の角度調節可能なミラーを含む。例えば、単一の角度調節可能なミラーは、光照射野の位置依存性（角度調節可能なミラーの延長部で可変）の位相変調をもたらすことができ、位相変調の程度は、例えば角度調節可能なミラーの偏向によって調整することができる。例えば、領域３１０ａに配置された第１の角度調節可能なミラーは、光照射野の第１の空間位相変調をもたらすことができる。領域３１０ｂに配置された第２の角度調節可能なミラーは、光照射野の第２の空間位相変調をもたらすことができる。位相素子３２０の２つの領域、領域３２０ａおよび領域３２０ｂは、領域３１０ａ、すなわちピクセルまたは副像点ｐ１または第１の角度調節可能なミラーに割り当てられる。図示の例では、位相素子３２０の領域３２０ａ、３２０ｂは異なる厚さで示されており、ここでもまた、位相オフセット（第１の領域３２０ａを通過する光波と第２の領域３２０ｂを通過する光波との間の）は、異なる厚さを有するこれらの領域３２０ａ、３２０ｂによって調整することができる。２つの領域３２０ａと３２０ｂとの間の位相差は、π／２（単一通過の場合）によって示され、これは９０°の位相跳躍または９０°だけ位相シフトされた場に対応する。したがって、空間光変調器３１０、または例えば第１の領域３１０ａまたは第１の角度調節可能なミラーは、光路を変調または調整するのに適しているように使用することができる。位相素子３２０の領域３２０ａ、３２０ｂによって同じことが影響を受ける。同様に、空間光変調器３１０の領域３１０ｂまたは第２の角度調節可能なミラーを使用することができる。この領域３１０ｂは、ピクセルまたは像点ｐ2に対応し得る。やはり、位相素子３２０の２つの領域３２０ｃ、３２０ｄは、この領域３１０ｂおよび第２の角度調節可能なミラーにそれぞれ割り当てられる。２つの領域３２０ｃ、３２０ｄ間の位相変化の差は、（１回の波の通過に対して）再び９０度またはπ／２に対応する。したがって、２つの領域３１０ａ、３１０ｂによってそれぞれ９０°位相シフトされた光照射野を生成することが可能である（２回通過するために１８０°の位相寄与を提供することも同様に）。やはり、位相オフセットが、領域３２０ａ、３２０ｂと領域３２０ｃ、３２０ｄとの間に提供される。同じことが０．２５πによって示される。それによって、第１の領域および第２の領域における位相寄与が位相素子を２回通過するために９０゜の位相差を有するように位相寄与を調整することが可能である。
【００９５】
例えば空間光変調器３１０の領域３１０ａ、３１０ｂまたは他の領域に対応することができる単一の角度調節可能なミラーは、位置に依存する位相寄与を得る。ここで、そのような角度調節可能なミラー３１１ａ、３１１ｂは、角度調節可能なミラー３１１ａ、３１１ｂを軸の周りに回転させる（傾斜させる、傾ける）という選択肢を有する。さらに、角度調節可能なミラーおよび位相素子は、角度調節可能なミラーを偏向させるときの機械的結合のために光軸に対して反対方向に移動する角度調節可能なミラーの２つの領域は、異なる位相寄与を提供する位相素子の２つの領域に割り当てられるように、配置または構成されていることに留意されたい。このようにして、角度調節可能なミラーは、例えば可変するに従って、連続構造の両側が、例えば光軸の方向に見て反対方向に偏向されるように構成することができる。これは、詳細図において矢印３１５ａ、３１６ａによって相応して示されている。
【００９６】
さらに、図３ａは、光照射野の複素平面を記述する表現３０１を示す。ここで、図解３０１は、実部軸に対応する横軸３０１ａと虚部軸に対応する縦軸３０１ｂとを有する。さらに、ピクセルｐ1の（全体的な）光の寄与に対応するベクトル３０２ａが表現に示されている。図２とは逆に、ピクセル２０２ａと２０２ｃとの間に区別はないが、ピクセルｐ1は、正の実部方向と負の実部方向の両方に位相を有する光波を生成することができる。ベクトル３０２ａがそのように示されているという事実は、位相素子３２０の領域３２０ａ、３２０ｂの選択によるものである。詳細図３００ａでは、（２回通過するとき）ピクセルｐ1の「上部」の第１領域の光の寄与と角度調節可能なミラーとの間、および、ピクセルｐ1の「底」の第２の領域の光の寄与と角度調節可能なミラーとの間には、それぞれ、１８０°の位相差が存在することが分かる。ピクセルｐ2に対応することができるベクトル３０２ｂも同様に考えることができる。同様に、角度調節可能なミラーを調整することによって、それぞれ１８０°およびπの位相オフセットを得ることも可能である。それによって、位相素子３２０（または位相素子３２０の２つの領域）と協働して、それぞれ単一のピクセル（および角度調節可能なミラー３１１ａ、３１１ｂ）によって電界強度または負の電界強度を得ることが可能である。
【００９７】
この実施形態では、空間光変調器３１０があることも分かり、この場合、アナログの角度調節可能なミラー配置に対応し、位相素子３２０および光学系３３０は（連続）光軸に沿って配置される。この連続光軸は、光学系３３０による良好な結像品質および構造全体または光学配置３００の結像品質を支持する。図示の例では、位相素子３２０は空間光変調器３１０から短い距離に示されている。この距離は、例えば２ｍｍとなるように選択することができる。しかしながら、空間光変調器３１０または位相素子３２０または入射光波の構成に応じて、他の距離も有用であり得る。
【００９８】
光学配置３００は、空間光変調器３１０が、本明細書で考慮される光路（「識別光路」とも呼ばれる）を有する少なくとも１つの領域（例えば３１０ａまたは３１０ｂなどまたは１つのピクセル）を含むように説明することもできる。この光路は、光路が重ね合わせに寄与することができるように定義される。さらに、選択された例では、位相素子３２０は、空間光変調器３１０と、例えば光学系３３０内にある重ね合わせ領域（重畳領域）との間に設けられる。さらに、位相素子３２０は、考慮される光路の（結果）位相および考慮される光路の（全体）光寄与の（結果）位相が、重ね合わせ領域内の特定の位相をそれぞれ含むように構成される。入射光の位相に関して、この位相は、例えば図示のように、０、０．５π、πおよび１．５πであり得る。
【００９９】
さらに、空間光変調器３１０は、それが（図３ａに関して：個々の角度調節可能なミラーの助けを借りて）いくつかの異なる識別された光路を変調するのに適しているように構成することができる。ここで、これらの光路のそれぞれは、重ね合わせに寄与するように構成することができる。言い換えれば、２つの角度調節可能なミラー３１１ａ、３１１ｂのそれぞれは、重ね合わされる光路のうちの１つの中にある。これはまた、この光路が所望の位相を有し、光の寄与がそれぞれ通過後に所望の位相を有するように、それぞれの光路が影響を受けることを理解することができる。したがって、位相素子３２０は、（例えば、第１の角度調節可能なミラー３１１ａを介してまたは第２の角度調節可能なミラー３１１ｂを介して）いくつかの異なる識別された光路に沿って異なる程度で伝播する光の寄与の位相を変化させるように構成される。例えば、位相素子を２回通過するときの第２の角度調節可能なミラー３１１ｂを横切る光路内の位相素子の位相寄与は、第１の角度調節可能なミラー３１１ａを横切る光路内の位相寄与よりπ／２大きい。さらに、配置３００は、空間光変調器３１０の異なる領域３１０ａ、３１０ｂが２つの異なる識別された光路を変調するように構成されるように空間光変調器３１０が構成されるように説明することができる。ここで、光路はそれぞれ重ね合わせに寄与するように構成される。ここで、位相素子３２０は、例えば２つの異なる識別された光路に沿って９０°±１０°から伝搬する光の寄与の位相変化の差を調整するように構成される。これは、例えば、位相素子３２０の領域３２０ａ、３２０ｂと領域３２０ｃ、３２０ｄとの間の約π／２の差に等しい。同じ角度調節可能なミラーに割り当てられている領域３２０ａ、３２０ｂの位相寄与の差は、例えばπである（位相素子を２回通過するときに計算される）。同じことが、例えば位相素子３２０の領域３２０ｃおよび領域３２０ｄにも当てはまり、ここで、位相変化と位相寄与との間の差はそれぞれπおよび約１８０°である。
【０１００】
これらの実施形態から、空間光変調器３１０の２つだけではなく２つを超える異なる数の領域（またはより多数の角度調節可能なミラー）がいくつかの光路を変調するように構成される一般的な実施形態を導き出すことができる。ここで、空間光変調器３１０の領域は、いくつかの光路を変調するように、すなわち、少なくとも２つの光路の数を変調するように構成され、空間光変調器３１０の各領域は位相素子３２０のいくつかの領域に割り当てられる。これにより、例えば、空間光変調器３１０の面積数に関する分解能を高めることができる。ここで、図３ａに示す実施形態は、例えば、位相素子の４つの領域、すなわち異なる位相影響を有する位相素子３２０の領域３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃおよび３２０ｄが空間光変調器３１０の２つの領域、すなわち、複素変調セルを形成するための少なくとも２つの区別された光路を変調するための領域３１０ａおよび３１０ｂ領域に割り当てられることを示す。
【０１０１】
有用な光路は、最初にビームスプリッタ３３１を横切り、次に位相素子３２０を横切り、次に空間光変調器３１０を横切る光路であり得る。それに続いて、光路は再び位相素子３２０、ビームスプリッタ３３１、そして再び光学系３３０を通過する。光学系３３０の領域において、光路は最初に第１のレンズ３３３を通過し、次にアパーチャ３３５を通過し、最後に第２のレンズ３３７を通過する。この光路は、それに応じて図３ａに示されている。しかしながら、例えば、関連した光路を各角度調節可能なミラーに割り当てることができることに留意されたい。本明細書で分かるように、光学系３３０の素子（ここではビームスプリッタ３３１）が２つの変調器３１０および３２０の前に（または２つの変調器３１０、３２０の間にも）通過することが有用であり得る。しかしながら、１つの条件は、複素変調セルに属する光路の（ここでは例えば開口３３５の領域内の）重ね合わせが空間光変調器３１０および位相素子３２０を通過した後にのみ行われるということである。光路のこの説明では、光路が位相素子３２０を２回通過することが分かる。位相素子３２０を構成するとき、この特徴は位相グラデーションの他の特徴を含み得るので考慮することができる。例えば、異なる光路において位相素子が一度だけ通過される場合、それぞれの（相対的）位相影響および位相寄与をそれぞれ２倍にすることが有用であり得る。
【０１０２】
したがって、図３ａは、反射型のアナログの角度調節可能なミラーＳＬＭ３１０および静的位相素子３２０を用いた複素変調方法を示す。隣接するＳＬＭピクセルは、（領域３２０ａと３２０ｃとの間および領域３２０ｂと３２０ｄとの間で０．２５πの二重通過位相シフトに起因して）０．５π位相シフトされる。それらの傾斜軸に沿ったπの位相跳躍のため（例えば、領域３２０ａ、３２０ｂの間および領域３２０ｃ、３２０ｄの間の通過ごとに０．５πの位相跳躍のため）、複素平面内の２つの方向に同じように変調が行われる。複雑なマクロピクセルは、（位相素子３２０の４つの領域３２０ａ〜３２０ｄに関連して）２つの角度調節可能なミラーｐ1およびｐ2からなる。
【０１０３】
例示された発明は、（ＳＬＭのための有利な実施形態の一例として、空間光変調器３１０のように）アナログの角度調節可能なミラーマトリックスを用いて特に有利な方法で実現することができる。ここでは、複雑なマクロピクセルが、特別に適応された静的変調器（位相素子３２０）を用いて負の電界強度を生成することができる幾つかの（少なくとも２つの）角度調整可能なミラー３１１から生成される。このために、πの位相跳躍が各角度調整可能なミラー３１１に沿って中央に整列される。これは傾斜角符号に基づいて変調場の符号変化をもたらす（図３ａ）。
【０１０４】
さらに、静的変調器３２０は、複素平面内のピクセルの寄与を整列させるために使用される。図３ａに示すように２つの角度調節可能なミラーの複素変調セルを有する実施形態では、これは、２つのピクセルの互いに対する０．５πの位相差で得られる。より大きな変調セル、例えば、ＤＯＥにおける０．５πの静的位相跳躍と協働する４つの角度調節可能なミラーもまた、例示された発明を用いて実現することができる。変調セルを増加させることは、複素分解能の改善、すなわち表現可能な複素ベクトルのより正確な離散化をもたらす。
【０１０５】
変調器の配置に関しては、（静的）（位相）変調器３２０を、例えば（プログラムで制御可能な）ＳＬＭ３１０に対して短い距離で配置することができるとも言える。同様に、（静的）（位相）変調器３２０も共役光学面内に配置することができる（図４参照）。これは調整を単純化し、それ故実用化を単純化する。
【０１０６】
負の電界強度を生成するための位相跳躍の適応は、単なる装置統合に基づいて既に説明されている［参考文献５］。本発明は、追加の静的変調器（位相素子３２０）を使用することによって柔軟な光学系の構造を用いてこの機能を実現する。これは莫大なコスト関連の利点を実現し、初めていくつかの光波長の使用を可能にします。
【０１０７】
角度調節可能なミラーマトリックスおよび位相跳躍ＤＯＥを用いた実現オプション（図３ａ）では、複素変調セルのサイズを２ピクセルに減らすことができることはすでに明らかである。これにより、一定のＳＬＭ分解能を有する複素変調セルの数が少なくとも１００％増加する。以前は、これは製造工程で複雑な干渉があった場合にのみ可能でした［参考文献５］。提示された方法では、これは特定の仕様に従って製造された標準的な装置を用いて費用効果的に得ることができる。ＳＬＭ自体は修正されていないので、静的位相変調器または位相素子（例えばＤＯＥ）は異なる波長に対して設計することができ、必要に応じて単にマルチスペクトル動作のために機械的に交換することができる。
【０１０８】
さらに、図３ａは、参照番号３５０でピクセルの空間的に分解された変調領域を示すことを述べなければならない。位置ｘにわたる振幅（？ｐ／２と＋ｐ／２の間）が変化しない、又は殆んど変化しないことは明らかである。しかしながら、位相は、この例では、参照番号３５０で、例えば、？１３５°〜＋１３５°の間で変化する。
【０１０９】
複数の角度調節可能なミラーにわたる位相関数は、参照番号３２１で示され、そして、位相関数の一部が参照番号３１７で示されている（ここでは２つの傾斜ミラーについて）。（位置座標ｘにわたる）パラメータ化は、参照番号３１７で見ることができる。さらに、図３ａは、複素平面（参照番号３０１）における図示の角度設定（図示の角度位置）において生成された変調値を示す。ここでは、角度調節可能なミラーは、純粋な位相変調器として機能する（ここでは、振幅変調は、定義された光学系と共にも得ることができる）。曲線パラメータは、ここでは、一辺の長さｐを有するマイクロミラー内の位置座標（ｘ）である。
【０１１０】
さらに、図３ａによる配置は任意に変更することもできることに留意されたい。図３ａによる実施形態は、静的位相素子を用いてミラーを傾けるための位相跳躍の生成を示す（図３ｂも参照）。角度調節可能なミラー装置と組み合わせてそのような位相跳躍を導入することは、複素平面内に位置決めすることなく、すなわち、参照番号３００ａに０．２５πの位相差がないことでも有用である。このようにして、負の電界強度が得られ、これは例えばリソグラフィに有用である。
【０１１１】
さらなる説明のために、以下では、図３ａによる光学配置３００内の光路に沿った位相寄与が、図３ｂを参照してより詳細に説明される。
【０１１２】
第１の図解３６０は、位置ｘ（ここで、？ｐ／２と＋ｐ／２の間のｘ値が傾斜ミラーに割り当てられる）に依存した入射波面の位相応答を説明している。図解３６０から明らかなように、？ｐ／２と＋ｐ／２の間のｘの位相は少なくともほぼ一定である（平面波が仮定される）。
【０１１３】
平面波は次に（例えばビームスプリッタ３３１から発生して）位相素子３２０に衝突し、次いで位相素子３２０の領域３２０ａ、３２０ｂ（位相素子の領域３２０ａ、３２０ｂは本質的にその位相によって影響を受ける）に影響を受け、 例えば、ｘ＝？ｐ／２とｘ＝＋ｐ／２との間の領域、すなわち同じ領域が「角度調節可能なミラー３１１ａの前に」配置される。位相素子３２０の領域３２０ａと領域３２０ｂとの境界は、例えば、角度調節可能なミラー３１１ａの中心および領域３２０ａ、３２０ｂの合計幅よりも少なくとも略（光軸方向）前であり、例えば、角度調節可能なミラーの幅（例えばｐ）にほぼ対応する。
【０１１４】
上述したように、領域３２０ａ、３２０ｂの位相寄与の差は約０．５πである。図解３７０は、位相素子の後の入射光の空間位相曲線を説明している。位相素子の領域３２０ａ、３２０ｂの異なる位相寄与のために、入射光は、例えば、ｘ＝０で０．５πの位相跳躍を有する（すなわち、傾斜ミラーのほぼ中心にある）。
【０１１５】
角度調節可能なミラーは、角度調節可能なミラーの位置に応じてさらなる位相寄与をもたらし、角度調節可能なミラーの異なる位置について図解３８０に示されている。
【０１１６】
実線で示される角度調節可能なミラーの第１の向きにおいて、角度調節可能なミラーは、その「上部」領域（ｘ＝？ｐ／２とｘ＝０の間）に「加速」位相寄与（より短いローパスアパーチャ）を提供し、そして、その「より低い」領域（ｘ＝０とｘ＝＋ｐ／２の間）では、位相寄与が位置（座標ｘ）にわたって本質的に線形に変化する減速位相寄与（より長い光路）である。位相寄与は、参照番号３８２ａに示されている。
【０１１７】
点線で示されている角度調節可能なミラーの第２の向きでは、角度調節可能なミラーは、ｘ方向におけるその全延長にわたって一定の位相寄与を提供する。第２の向きは、例えば、光軸に対してほぼ垂直な角度調節可能なミラー面の向きに対応する。位相寄与は、参照番号３８２ｂに示されている。
【０１１８】
一点鎖線で示される角度調節可能なミラーの第３の向きでは、角度調節可能なミラーは、その「上部」領域（ｘ＝？ｐ／２とｘ＝０の間）に減速位相寄与（より長い光路）と、「より低い」面積（ｘ＝０とｘ＝＋ｐ／２の間）が、加速位相寄与（より短い光路）であり、位相寄与は本質的に位置（座標ｘ）にわたって線形に変化する。位相寄与は、参照番号３８２ｃに示されている。
【０１１９】
図解３８０で示される角度調節可能なミラーの位相寄与は、図解３９０に示される角度調節可能なミラーによって反射または回折された光の位相曲線が生じるように、図解３７０で示されるように入射光の位相曲線に加えられる。ｘ座標上の位相曲線が角度調節可能なミラーの向きに応じて大きく異なることは明らかである。
【０１２０】
位相素子をさらに通過する間、位相曲線はさらに影響を受け、位相寄与は位相素子の領域３２０ａ、３２０ｂにおいて約０．５π異なる。位相素子３２０を通る光の新たな通過の後に、図解３９６に示されるような位相曲線が生じる。位相素子を２回通過することによって、約πの位相跳躍が（例えばｘ＝０での）角度調節可能なミラーの中心になる。位相曲線３９８ａ（第１の配向）、３９８ｂ（第２の配向）、および３９８ｃ（第３の配向）によって示されるように、位相の曲線は、角度調節可能なミラーの配向に応じて著しく異なる。
【０１２１】
さらに、角度調節可能なミラーからの光の振幅は、例えば、ｘ＝？ｐ／２とｘ＝＋ｐ／２との間でほぼ一定であることに留意されたい。以下では、角度調節可能なミラーの光の寄与が重ね合わせて結像されると仮定する。これは本質的に、ｘ＝？ｐ／２とｘ＝＋ｐ／２の間の位置から生じる光の寄与の同相合計に対応する。
【０１２２】
ここで、角度調節可能なミラーの「対称的な」配向では、第１の領域（ｘ＝？ｐ／２とｘ＝０の間）からの光の寄与と光の寄与とから、光の寄与が少なくともほぼ相殺することが容易に分かり、（ｘ＝０とｘ＝＋ｐ／２の間の）第２の領域からの位相差は、１８０度位相シフトされる。より正確な分析は、さらに、光の寄与の合計が、角度調節可能なミラーの第１の向き（実線）と角度調節可能なミラーの第２の向き（一点鎖線）とでは逆位相を有することを示す。合計の光の寄与の振幅もまた、角度調節可能なミラーの向きに影響を与えることによってさらに調整可能である。
【０１２３】
ここで、合計の光の寄与は、（光軸に垂直な）角度調節可能なミラーの「静止位置」における位相素子の存在による符号変化を含むことに留意されたい。
したがって、大きな位相変化は、角度調節可能なミラーの比較的小さな偏向によっても得ることができる（偏向合計光の位相特性曲線の「点対称の特性」）。
それとは対照的に、位相素子が欠如しているとき、対称的な条件があり、符号変化（１８０度の位相跳躍）は、追加的に制限された振幅を有する角度調節可能なミラーの非常に大きな偏向によってのみ得られる（偏向合計光の位相特性曲線の軸対称性）。さらに、いくつかの実施形態では、位相素子の存在により、拡大された振幅領域を調整することができる。
【０１２４】
さらに、位相素子は異なるように構成することもできることに留意されたい。例えば、異なる位相寄与を有する位相素子の３つ以上の領域を角度調節可能なミラーに割り当てることができる。この点に関して、断面図および上面図で図３ｃに示されるような位相素子の断面が参照される。図３ｃに示す位相素子は、例えば、図３ｂに示す位相素子の代わりに使用することができる。
【０１２５】
したがって、配置のスペクトル挙動に関して、変調器のピクセルの位相素子にいくつかの位相値を提供する自由を使用するという選択肢がある。この概念（マイクロミラーデバイスの場合）は、例えば［参考文献５］で説明されている。本発明による実施形態では、（製造変動によるのではなく）外部位相素子を用いて同様の機能が得られる。例えば、局所平均において所望の位相を生成する、例えば９０°の異なる位相段階（例えば、９０°、および？２７０°）の所望の変調器のピクセル位相シフトについて決定することができる。同時に、この修正された位相曲線の振る舞いは９０°の位相ステージのみを選択した場合よりも優れている。詳細については、以下の説明を参照してください。
【０１２６】
図４による実施形態
図４は光学配置４００を示す。図４は、８ｆ配置における説明された変調方法の等価実現を示す。ここで、静的ＤＯＥ（位相素子）４２０は、プログラム可能なＳＬＭ（振幅空間光変調器）４１０と共役な面に配置されている。この設定は図２の設定と機能的に同じである。
【０１２７】
ここで、光学配置４００は、空間光変調器４１０と位相素子４２０とを含む。さらに、光学配置４００は、いくつかの要素（素子）を含む光学系４３０を含む。光学系の一部は、第１レンズ４３１、第２レンズ４３３、第３レンズ４３５、アパーチャ４３７、および第４レンズ４３９とすることができる。空間光変調器４１０からの第１レンズ４３１の距離は、第１レンズ４３１の焦点距離ｆに、ほぼ対応する。第２のレンズ４３３は、第１のレンズ４３１から２つのレンズの焦点距離ｆ＋ｆの合計、または図示の場合では２倍焦点距離２ｆの距離を有する。回折光学素子（ＤＯＥ）でもよい位相素子４２０は、焦点距離ｆの距離で設けられる。第３レンズ４３５も、位相素子４２０から例えば焦点距離ｆの距離を隔てて配置されている。開口部４３７は、２ｆの距離を隔てて設けられた第３レンズ４３５と第４レンズ４３９との間にある。この場合もやはり、回折次数の可能性のある徴候がアパーチャ４３７に示されている。この実施形態では、アパーチャ４３７は、ゼロ次回折が通過することを可能にするように構成され得る。±１、±２、±３などの高次の回折は、アパーチャ４３７によって遮断することができる。レンズの焦点距離は明らかに異なっていてもよく、その場合には距離はそれに応じて適合されるべきである。
【０１２８】
この実施形態では、アパーチャ４３７は、空間光変調器４１０のいくつかの（隣接する）領域を複素マクロピクセル（複素変調セル）に重ね合わせることができるローパス効果も得ることができる。
【０１２９】
提示された実施形態では、ｕ0＝Ａ0・ｅjkzによって記述される平面波４４０は、ＳＬＭによって示される空間光変調器４１０に左から衝突する。この平面波または平面波面４４０は、図４にも示す波長λを有する。さらに、光学配置４００は、位相素子４２０が、例えば、±２ｍｍの低い公差で、空間光変調器４１０の面の光学共役面に設けられるように説明することができる。この共役光学平面は、ｘ'およびｙ'によって示される座標系によって示される。ＳＬＭまたは空間光変調器４１０の座標系は、ｘおよびｙによって示される（すなわち、光学的に共役ではない）。
【０１３０】
さらに、図４は、空間光変調器４１０、位相素子４２０および光学系４３０を用いて生成された複素数値の光照射野を結像することができるスクリーンを含む。
スクリーンの座標系は、（空間光変調器４１０の座標系と同様に）ｘおよびｙによって示される（すなわち、光学的に共役ではない）。
【０１３１】
図４による実施形態では、位相素子４２０の周期性によって、それが１周期内に異なる位相変化の４つの異なる領域を含むことが示される。さらに、空間光変調器のいくつかの領域を有する複素変調セルを形成する位相素子４２０のいくつかの領域が、異なる位相影響を有する少なくとも３つの領域を含むように有用な実施形態を構成することもできるとも言える。これは、図４において、ＤＯＥの図示された４段階とは対照的に、ＤＯＥの３段階後の周期性で示されるであろう。ここで、第１の影響の角度と第２の影響の角度との差は最大１８０°である。ここで、位相影響の第１の角度および第２の角度は、位相影響の第３の角度がこれら２つの角度の間に存在しないように常に定義される。言い換えれば、これは、第１の角度と第２の角度とが隣接するように述べることができる。さらに、光学系４３０は、複素変調セルに属する光路の重ね合わせを許容するように構成される。これは、例えば、複素変調セルに属する３つの光路を重ね合わせることによって可能になる。
【０１３２】
位相影響の３つの異なる領域の説明された選択肢もまたさらに一般化することができる。ここで、位相素子４２０は、空間光変調器４１０のいくつかの領域を有する複素変調セルを形成するいくつかの領域を含む。ここで、位相素子４１０のいくつかの領域は、異なる位相影響を有する正確にｎ個の領域を有する。有利な実施形態は、第１の影響の角度と第２の影響の角度との間の差が約３６０°／ｎであるように構成することができる。「約」とは、第１の位相の影響の角度が、第２の位相の影響の角度に対して３６０°／ｎであり、公差は３６０°／２ｎであることを意味する。これは、全ての隣接する位相の影響の間の角度が約３６０°／ｎである実施形態も明らかに含む。
【０１３３】
位相素子４２０を空間光変調器４１０から空間的に分離した構造にすることによって、位相素子の機械的交換性を簡単に得ることができる。ここで、複数の（異なる、交換可能な）静的位相素子は、いくつかの光波長について、複雑な光領域に対する有利な位相オフセットを光領域上に印加するように構成することができる。さらに、位相空間変調器４２０から振幅空間光変調器４１０を別個に機械的に取り付けることにより、構造全体の較正を容易にすることができる。
【０１３４】
散乱や回折がないこと、およびその他の望ましくない（「寄生的な」）効果を考慮しない場合の有用な光路、すなわち、ある種の機能的光路は、最初に振幅空間光変調器４１０を横切り、次に光学系４３０および位相素子４２０を横切る光路であり得る。光学系４３０の領域では、光路は最初に第１のレンズ４３１を通過し、次に第２のレンズ４３３を通過し、続いて位相素子４２０（光学系４３０の一部ではない）が通過する。そして、光路は、第３レンズ４３５、アパーチャ４３７、そして最後に第４レンズ４３９を通過する。これは図４にも示されている。他方では、光路が最初に位相素子４２０を通過し（例えば空間光変調器４１０の位置で）そして次に空間光変調器４１０のみが通過する（例えば位相素子４２０の位置で）ことも可能である。この実施形態では、光学システム４３０の要素が、２つの変調器４１０および４２０の前、または２つの変調器４１０、４２０の間を通過することも分かる。しかしながら、１つの条件は、複素変調セルに属する光路の（ここでは、例えば、開口４３７の領域内）重ね合わせが、空間光変調器４１０および位相素子４２０を通過した後に初めて起こるということである。
【０１３５】
したがって、図４は、空間光変調器４１０と位相素子４２０とが複数の複素変調セルを形成する光学配置４００を示す。例えば、これはまた、位相素子４２０が複数の変調セル可能位相段を含むように例示することができる。選択された場合において、図は３つの複素変調セル（３×４の異なる厚さの位相素子４２０または３×４の異なる光路長、したがって位相オフセット）の選択肢を示す。ここで、少数の複雑な変調セルは、概して、より良い概観および例示の目的のために役立ち、数千の変調セルを有するスケーリングは、提示された本発明の解決策を用いて実現され得る。さらに、断面図は、位相素子４２０ならびに空間光変調器４１０、ならびに光学系４３０または光学配置４００が、ｙ軸に延長部を有することができることを明示的に示していない。ここで、明らかに、空間光変調器４１０のさらなる領域および位相素子４２０のさらなる領域をｙ軸に設けることができるという選択肢が存在する。したがって、図示の実施形態では、いくつかの空間方向に複数の複素変調セルを生成することが可能である。ここで、光学系４３０は、複数の複素変調セルを別々に結像するように構成されている。例えば、複素変調セルは、図４の右側のスクリーン上に像点として結像することができる。
【０１３６】
図４において、また図１、図２および図３と同様に、位相素子４２０は、位相の時変の影響を許容するように構成されることが可能である。したがって、位相素子４２０はまた、非静的と呼ぶことができる。 このようにして、位相素子４２０は、それがそれぞれプログラム可能で調整可能であるように構成されることも可能である。今述べた特性による位相素子４２０を用いて、例えば、動作中に位相の変化を変えることが可能である。このような非静的位相素子４２０としては、例えば液晶位相変調器を用いることができる。
【０１３７】
ここで、位相素子４２０による遅い変調は、空間光変調器による速い変調によって補償することができることに留意されたい。例えば、空間光変調器４１０による光照射野の振幅の変化が、位相素子４２０による位相の影響の変化よりも例えば１０倍速い（その場合、利点はすでに２倍になる）ことが可能である。
【０１３８】
図５による実施形態
図５は、複素数値の光照射野を生成するための結合空間光変調器を動作させる方法を説明している。
【０１３９】
位相素子を単一波長で動作させるためには、十分な数の（例えば、３つの）離散的な位相変化を実現することで十分である。光の寄与の調整された振幅と組み合わせた（別々に変化する位相を有する）光の寄与を重ね合わせることは、振幅変調の精度に応じて、たとえ離散位相変化の間にある角度でも位相の非常に正確な調整を可能にする。述べられた位相変化は、例えば、０°、１２０°および２４０°（または０、２π／３および４π／３）であり得る。ここで、これらの位相変化は光の寄与の波長に関連することを常に考慮しなければならない。２π／３の位相遅延を得るためには、これはλ／３に対応し、それぞれの光の寄与は、通過させる参照光の寄与の光路長よりもλ／３だけ長い光路長を通過しなければならない。このように、１つの波長に正規化された静的位相素子を用いて位相単一の光の寄与の変化を得ることができる。所望の（最適な）位相変化が異なる波長に対して得られるべきであるならば、それに応じて位相素子を適合させることが有利である。
【０１４０】
ここでは、方法５００は、位相素子のそれぞれの領域における位相の影響が、最大１８０°の有効光波長の領域にわたって変化することを得るために、変調されるべき光寄与の有効光波長に応じて位相素子のいくつかの領域における光学特性を適合させること５１０を含む。
【０１４１】
異なる光波長の複雑な変調は、必ずしもプログラム可能な位相素子をまたは有用な波長に関して位相調整の絶対精度を有する時変調整可能を必要としないことに留意すべきである。したがって、調整可能な位相素子を有する実施形態は、位相素子によって得られる位相変化の波長依存性の変化（この実施形態では１８０°）が存在する場合でも非常に良好な変調を得ることができる実施形態を示す。限定的な場合として、量および位相の異なる光波長（最小波長と最大波長の間の光波長領域内）を静的位相素子で変調するという選択肢を述べることができる。
【０１４２】
これは、静的位相素子が、３６０°の角度領域が位相変調された光の寄与の振幅変調された重ね合わせによってカバーされることは、光波長領域の限界（限界波長）に対して保証されるように構成されていることで得られる。相変化が異なる３つの領域の例では、最大波長に対して、例えば、位相変化が０°、９０°および１８０°（最大波長に対して正規化されている）であるように例を説明することができる。したがって、最大波長の半分である最小波長の場合、位相変化はそれに応じて（最小波長に対して正規化された）０°、１８０°および３６０°となる。いくつかの異なる波長に関連した静的位相素子のこの構成によって、合計光の取得可能な振幅の範囲は非常に制限され得る。（寄与）ベクトルを加算することによって、限られた数の（寄与）ベクトルを有する全ての位相角を有する（合計）ベクトルを得ることができるようにするために、例えば、すべての半平面が少なくとも１つの（寄与）ベクトルを含むことを保証するべきである。「全半平面」は、片側のゼロ点直線によって制限されるすべての平面に関するものであり、横軸に対するゼロ点直線の角度は、任意の可能な値をとることができる。この一般的な説明は、必要な離散的な相変化の識別オプションを示すことができる。この記述は、少なくとも２つの別々の位相素子が存在する場合には適用されません。この場合、1つの位相素子に対する（寄与）ベクトルの選択は自由に行うことができます。しかし、全ての位相位置、すなわち合計ベクトルの０°〜３６０°の全ての角度が得られるべきである場合には、位相素子の全体数および全体効果に対してそれぞれ上記のことが当てはまる。
【０１４３】
したがって、例えば適切な制御によって動作中の位相の変化を適応させることができる調整可能な位相素子は、個々の光の寄与の位相の正確な調整からの著しい逸脱があっても、合計光の位相（および間接的に振幅）を非常に正確に調整することができる。既に述べたように、動作中、位相の変化は、位相素子によって変化した（動作中にも変化する）光波長に適応させることができる。既に述べたように、動作中、位相の変化は、位相素子によって変化した（動作中にも変化する）光波長に適応させることができる。ここでも、（例えば、０、２π／３、４π／３の場合）位相素子の変調セル内、すなわち光波長が変化しても異なる位相変化を有する位相素子の異なる領域内で離散位相ステップが維持されるようにすることを変更の目的とすることができる。
【０１４４】
光学特性に関しては、光学特性が光の寄与の位相の変化を可能にすることができると述べられるべきである。例えば、上の段落では、異なる領域において異なる長さを有する光波長が述べられているが、光学特性はそれに限定されない。むしろ、本明細書で言及されていない、互いに対するいくつかの光路の位相位置を変える異なる選択肢が含まれ得る。
【０１４５】
図６による実施形態
図６は、以下の特徴を用いて異なる光波長を変調するための光学装置を動作させる方法６００を説明している。複素変調セルに属する位相素子のいくつかの領域においていくつかの位相の影響を調整すること（６１０）である。調整６１０は、複素変調セルによって変調され、位相素子のそれぞれの領域で得られる位相影響を一定に保つために、有用な光波長の予め定められた領域にわたって、たとえば１５゜の許容範囲で変調されるべき光の寄与の光波長に応じて実行される。位相素子のいくつかの領域における位相影響を調整することは、例えば、位相素子を交換することによって、または位相素子をプログラムで制御可能に実現することによって実行することができる。（位相素子の調整速度は、通常、空間光変調器の調整速度より遅い。）
【０１４６】
この実施形態は、いくつかの（異なる）光波長の位相および振幅の空間光変調器配置を用いて変調を可能にする方法を提供する。ここで、位相素子のいくつかの領域を調整すること（６１０）によって、位相の影響（例えば、離散的な段階で提供される）を変調されるべき光の波長（変化する可能性がある、または変化した）に適合させることができる。ここでもまた、絶対（完全な）精度が得られないので許容範囲が与えられ、この比較的大きな許容範囲でも、位相量に応じた非常に良好な調整が依然として行われ得る。これに関連して、これが詳細に説明されている文脈で図５による実施形態が参照される。
【０１４７】
ゼロ次回折を使用することによって、この相変化の適応は可能になるだけである。より高次の回折を使用するとき、この回折の位置は（回折された）波長に依存し、そして例えば、（より高い）次数の回折に関連してある波長に対して構成されたアパーチャ（フェージングアパーチャ）は、異なる波長においてその所定の目的をもはや満たさないであろう。
【０１４８】
ここで、一方では異なる領域が複合の変調セルに属することができるが、明らかに異なる領域が異なる変調セルに属することもできることに留意されたい。さらに、本明細書に記載の動作方法の実施形態では、いくつかの位相の影響が調整される。この調整は明らかに地域によって異なる。一例として、第１の変調セルを形成するいくつかの領域が第１の光波長に適応される場合、および第２の変調セルを形成するさらなるいくつかの領域が第２の光波長に適応される場合も考えられる。このオプションも操作方法に含まれていますが、明快さのためにここで再び言及されるべきである。
【０１４９】
さらに、空間光変調器の領域内で位相素子の適切に分離された領域によって本発明のほとんど無色の光変調を実行するという選択肢が参照される。これは、空間光変調器の１つまたはいくつかの領域に対して予め定められ、位相素子のいくつかの部分領域が実際に所望の目標位相から外れるという点でこれを実現することができる光フィールドの所望の位相の形成によって特徴付けられる。ここで、非色光スペクトルは、ｉ）部分領域の位相シフトが既存の波長スペクトルに従って寸法設定されると同時に、ｉｉ）部分領域の位相部分が次のように構成されるように部分セグメントを決定する。所望の配光は、位相部分領域の面積平均によって構成することができる。これに関してもまた［参考文献５］を参照されたい。
【０１５０】
一般に、上記の実施形態では（暗黙のうちに）同数の領域が１つの変調セルに組み合わされることに留意されたい。明らかに、異なる数の領域も１つの変調セルを形成することができる。これは、例えばローパスフィルタに対してさらなる要件を課すことができるが、これについては本明細書ではこれ以上詳細には説明しない。
【０１５１】
したがって、本発明の解決策は、いくつかの光波長の使用、またはいくつかの波長で順次または空間的に平行な単色、および場合によっては１つの構造を有する複素数値の光照射野を生成するスペクトル広帯域光源の使用を可能にする。これは、従来技術に対する本発明の解決策の大きな利点を示す。
【０１５２】
図７による実施形態
図７は、以下の特徴を有する操作方法７００および光学配置を説明している。重ね合わせて結像され、位相変調が異なる程度で行われる空間光変調器の領域を通過する少なくとも２つの光路内の光強度を変調するための空間光変調器の調整７１０のことである。第１の調整状態では、線強度の第１の分布が少なくとも２つの光路に存在し、それによって第１の位相位置の光が得られる。第２の調整状態では、光強度の第１の分布とは異なる第２の光強度の分布が少なくとも２つの光路に存在し、それによって第２の位相位置の光が得られる。
【０１５３】
したがって、図７は、光学配置を動作させる方法７００を説明している。この操作７００によって、合計光点および光像点をそれぞれ生成することができる。単一の光像点は、異なる位相位置のいくつかの光の寄与を重ね合わせることによって得ることができる。ここで、方法は、位相変調器を用いて複素数値の光照射野を生成するために空間光変調器を調整すること７１０を含む。さらに、位相変調は、光寄与のベクトルまたは重畳ベクトルは、例えば光寄与の変調振幅、複素平面内の領域に関連して、変化した位相スパンを有し、ここで、光像点のベクトルを選択することがでるように、１つの光像点に重ね合わせて結像されるいくつかの光の寄与の位相に影響を与えるように構成される。これらのいくつかの光の寄与は、同じものが別々の光路に沿って重ね合わせの領域（または重ね合わされた結像）から伝播することを特徴とする。ここで、重ね合わされたベクトルは、例えば合計ベクトルとなることができ、複素平面内のスパン領域は個々のベクトルによって決定されるだけでなく、個々のベクトルの有用な加算（重ね合わせ）によって得られることができる。図２および図３では、図示されたすべてのピクセルの等しい振幅と、互いに９０°のピクセルの位相オフセットとを用いて、正方形に対応する面積は複素平面になる。正方形の辺の中心は個々のベクトルによって生成され、頂点は２つの隣接するベクトルの全量を重ね合わせることによって得られる。
【０１５４】
この方法は、例えば、複素平面における振幅のベクトル加算および第１および第２の光の寄与の位相の助けを借りて実行することができ、また計算することもできる。このベクトル加算は、例えば、複素平面における図２および図３に示すベクトルおよび図２のベクトル加算に類似して実行することができる。ここで、位相素子が個々の光の寄与の（ベクトル）加算によって複素平面の有用な領域をカバーするように有利に構成されていることが特徴として考えられ得る。明らかに、複素平面の一部の領域のみをカバーすることも望ましい場合があり、位相素子の領域は、例えば複素平面の四分円内にある位相だけを調整できるように構成することができる。複素平面の特定の（例えば限定された）角度範囲をカバーする構成もまた、本発明の解決策を用いて実現可能であろう。
【０１５５】
したがって、本発明の解決策は、ゼロ次回折を使用することによって光を振幅および位相で変調する方法を提供する。本発明の解決策は、空間光変調器、回折光学素子、複合光、デジタルホログラフィまたは位相変調を使用するか、またはそれを目的とする複数の用途の状況で使用することができる。
【０１５６】
従来の解決策と比較した本発明の解決策の利点
本発明の解決策では、高速離散高解像度の位相変調器は限られた範囲でしか利用できないので省略することが可能であり、さらに、本発明の解決策における光学部品の位置合わせの要件は容易に得られる。従来の技術では、例えば、２つの異なるＳＬＭへの順次結像［参考文献１］は、この構造が光学部品の非常に正確な位置合わせを含むので、めったに使用されないことがわかる。さらに、高速離散高解像度の位相変調器の入手可能性は限られており、そのような部品の入手に関連して高いコストがかかる。適切な位相変調器の限られた利用可能性は、また、フィレンツェの概念［参考文献４］が実際にはほとんど使用されないという効果も有する。
【０１５７】
実際には、リーホログラフィに基づくアプローチが頻繁に見られる。リーとフォン・プッテン他、ＳＬＭにプログラムされた周期的パターンの1次回折を使用する。
【０１５８】
しかしながら、本発明の解決策によれば、最低２つの空間光変調素子（例えば、角度調節可能なミラー配置を使用するときには２つのミラー）さえ可能であり、それによって良好な結果を得ることができる。
【０１５９】
さらに、本発明の解決法で使用されるゼロ次回折の位置が波長に依存しないこと、したがってそれぞれ１つだけではなくいくつかの波長および波長領域を使用できることが有利である。他方、概念［参考文献３］は、単色光および単一波長構造にもっぱら適している。実際の光源のスペクトル特性を考慮すると、この方法では波長依存の偏差が本質的に予想されなければならない。それらは、所謂、色収差と呼ばれている。その理由は、一次回折の空間位置であり、これはおそらく波長λに線形に依存する。この回折次数の光だけがシステム出力に伝播します。これは光軸のねじれ（あるいはシフト）をもたらす（図８参照）。必要とされる光軸のねじれ／シフトもまた、波長に直線的に依存する。したがって、実際のシステムは、非常に柔軟性のないシステム構造によって非常に制限されています。
【０１６０】
本発明の解決策は、それが連続的な光軸を含み、光学部材が典型的には製造中にそれらの光軸に沿って補正されるように構成することができる。［参考文献３］で必要とされるような光軸の回転は、光学構造の結像品質にさらなる悪影響を及ぼし得る。本発明の解決策において同じことが必要とされないという事実のために、画像品質は、本発明の解決策を使用することによって改善され得る。
【０１６１】
本発明の解決策のさらなる利点は、標準的なＳＬＭ（空間光変調器）を使用できることであり、それ故、ＳＬＭの製造工程を妨害する必要はない。Sandstrom［参考文献５］による概念の技術的実装は同時に、マイクロシステム技術におけるＳＬＭの困難な製造プロセスを著しく妨げなければならないので、高価な既知の解決策と呼ぶことができる。このために、新規のいわゆる位相ステップミラーが生成される。これまでのところ、追加の位相適応を含む製造技術に関してもこのアプローチが既に習得されている場合、同等の変調器は知られていない。最後に、複雑な変調のためのベクトル適応は、例えばエッチングプロセスによって装置にしっかりと導入されることを述べなければならない。したがって、従来技術では、この適応のパラメータは波長に依存する。したがって、最適な機能性は単一の設計波長に対してのみ与えられる。それとは対照的に、本発明の解決策を使用することによって、いくつかの光波長の場合でも複素数値変調を同じ構造で実行することができることを得ることができる。
【０１６２】
さらなる側面
以下では、本発明のいくつかの一般的な考えおよび態様について論じる。
【０１６３】
本発明の一実施形態は、振幅および位相を変化させながら空間的におよびおそらく時間的に調整することができる光学配置および光照射野分布を生成する方法を提供する。
【０１６４】
可変光場分布を生成するための光学配置は、フーリエフィルタおよび電子制御ユニットを有する光学構造内の空間光変調器および位相要素の組み合わせを含む。
装置は、変動する振幅および位相で空間的に、そしておそらく時間的に調整することができるプログラムで制御可能な光照射野を生成するように構成される。
【０１６５】
本発明の一態様は、複素数値の光場を生成するための上述の光学装置内の空間光変調器を動作させるための方法に関する。この方法は、位相変調器（または位相素子）およびローパスフィルタの空間光変調器への定義された適応、並びに有効電界強度平均が可変光場分布の表現を決定するセル領域で空間光変調器をアドレス指定することを含む。
【０１６６】
本発明の一態様は、振幅および位相を変化させながら空間的におよび場合によっては時間的に調整することができる光照射野分布を生成するための光学配置に関する。この構成は、（純粋な位相変調器として、または振幅／位相変調器の組み合わせとして）プログラマブル空間光変調器「ＳＬＭ」（１）、位相素子（２）、光学ローパスフィルタ（３）、（任意）照明ユニット（４）、および（任意）制御手段（５）の組み合わせを含む。
【０１６７】
光学配置は、例えば、以下の点でさらに特徴付けられる。
・少なくとも１つのマスクレベル（Ｅ）、１つの瞳面（Ｐ）および１つの像面（Ｅ’）ならびに場合によっては上記に関して共役したさらなる光学面（Ｅ’、Ｐ’）は、レンズまたはミラーの組み合わせによって提供される。および／または、
・空間光変調器（１）および位相素子（２）は、照明ユニット（４）の光（５）によって同一または共役光学マスク平面（Ｅ／Ｅ’）内で照射される。および／または、
・瞳面の０次回折を光主軸上に配置する結像経路が実現される。および／または、
・ローパスフィルター（3）は、瞳面Ｐ／Ｐ’内のゼロ次回折の領域を制限する。および／または、
・制御ユニット（５）は、それぞれ光変調器（１）、場合によっては照明ユニット（４）および位相素子（２）、および／またはローパスフィルタ（３）をアドレス指定する。
【０１６８】
任意選択で、例えば光源のスペクトル変動が起こり得る。
【０１６９】
本発明によるさらなる態様は、例えば上述の構成において、変動する振幅および位相で空間的に調整することができる光照射野分布を生成するための方法を提供する。この方法は、例えば、以下の点で特徴付けられる。
・所望の光照射野の各点は、少なくとも２つのピクセルのグループによって、すなわちマスク平面内の空間光変調器（１）のいわゆる「変調器セル」によって制御される。および／または、
・回折強度を制限するための光学ローパスフィルタ（３）は、瞳面Ｐ／Ｐ’内で使用され、空間光変調器（１）の２つ以上の隣接するピクセルが像面内の有効像点に重ね合わされるように寸法決めされる。および／または、
位相変調器上（または位相素子上）（２）には、「変調器セル」のピクセルが、所望の光照射野の各点に対して４つの象限で複素電場強度平面を生成するように、少なくとも２つの位相段が空間的に分散された方法で構成される。
【０１７０】
以下の態様のうちの１つまたはいくつかをさらに実現することができる。
？セルサイズとジオメトリをそれぞれ２×２と２×１の範囲で変更できる。
・幾何学および波長による変化／適応ローパスフィルター。
・波長およびターゲット分布に従って位相変調器（または位相要素）を変化させる。
・ソースのバリエーション。
【０１７１】
本発明のさらなる態様によれば、位相を調整する代わりに（例えば、位相素子によって）、または位相を調整することに加えて、偏光が調整される（たとえば、偏光要素によって）。したがって、例えば、振幅、位相および偏光を調整することができる。振幅および位相を調整するために使用される要素に加えて、偏光素子を使用することができる。
【０１７２】
参考文献
［１］  R. D. Juday, "Full complex modulation using two one-parameter spatial light modulators," US Patent 5,416,618, May-1995.
［２］  W. H. Lee, "Sampled Fourier transform hologram generated by computer," Appl. Opt., vol. 9, no. 3, pp. 639？643, 1970.
［３］  E. G. van Putten, I. M. Vellekoop, and A. P. Mosk, "Spatial amplitude and phase modulation using commercial twisted nematic LCDs," Appl Opt, vol. 47, no. 12, 2008.
［４］  J. M. Florence, "Spatial light modulator with full complex light modulation capability," US Patent 5,148,157, Sep-1992.
［５］  T. Sandstrom, "Spatial light modulator with structured mirror surfaces," WO002009130603A2.
［６］  T. R. Hillman, T. Yamauchi, W. Choi, R. R. Dasari, M. S. Feld, Y. Park, and Z. Yaqoob, "Digital optical phase conjugation for delivering two-dimensional images through turbid media," Sci. Rep., vol. 3, May 2013.
［７］  I. M. Vellekoop, "Feedback-based wavefront shaping," Opt. Express, vol. 23, no. 9, p. 12189, May 2015.
［８］  S. N. Chandrasekaran, H. Ligtenberg, W. Steenbergen, and I. M. Vellekoop, "Using digital micromirror devices for focusing light through turbid media," 2014, p. 897905.
［９］  T.-C. Poon and J.-P. Liu, Introduction to modern digital holography？: with MATLAB, Repr. with corrections. Cambridge: Cambridge University Press, 2014.
［１０］  James M. Florence, Richard D. Juday, "Full Complex Spatial Filtering with a Phase Mostly DMD", SPIE Wave Propagation and Scattering in Varied Media II, Vol. 1558, 1991.
【図１】
2019529998.tif 000003
【図２】
2019529998.tif 000004
【図３ａ】
2019529998.tif 000005
【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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2019529998.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月15日(2019.5.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プログラム可能な空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）と、
位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）と、
光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）と、
を備える、振幅および位相を変化させて調整することができる光照射野分布を生成するための光学配置（１００、２００、３００、４００）であって、
前記位相素子は、隣接する変調器の像点に少なくとも２つ以上の位相寄与を及ぼすように構成され、
前記光学系は、前記空間光変調器（１１０、２１０、３１０、４１０）のいくつかの領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ；３１０ａ；３１０ｂ）を重ね合わせて結像するように構成され、
前記空間光変調器および前記位相素子は、平面または共役光学マスク面の被写界深度内に配置され、
前記空間光変調器は、位相変調器として、または振幅と位相を組み合わせた変調器として構成され、
前記光学配置は、後続の像面において事前に決定可能な複素光照射野分布を実現するように構成され、
前記光学配置は、前記空間光変調器の２つ以上の隣接した像点（ピクセル）が像面内の有効像点に重ね合わされるように寸法設定された瞳面内の回折強度を制限するための光学ローパスフィルタを含む、光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２】
前記光学配置は、光学フィルタリングのために所定の回折次数を使用するように構成される、請求項１に記載の光学配置。
【請求項３】
前記光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）は、前記空間光変調器（１１０、２１０、３１０、４１０）のいくつかの領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ；３１０ａ；３１０ｂ）またはいくつかの隣接した領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ；３１０ａ；３１０ｂ）を複素変調セルとして結像するように構成される、請求項１または請求項２に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項４】
前記光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）は光学ローパスフィルタを含み、
前記光学ローパスフィルタは、前記空間光変調器（１１０、２１０、３１０、４１０）のいくつかの領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ；３１０ａ；３１０ｂ）またはいくつかの隣接する領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ；３１０ａ；３１０ｂ）を前記複素変調セルに重ね合わせるように構成される、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項５】
前記光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）は、ローパスアパーチャ（２３３；３３５；４３７）を含み、
前記ローパスアパーチャ（２３３、３３５、４３７）は、前記空間光変調器（１１０、２１０、３１０、４１０）のいくつかの領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ；３１０ａ；３１０ｂ）またはいくつかの隣接する領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ；３１０ａ；３１０ｂ）を前記複素変調セルに重ね合わせるように構成される、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項６】
前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）は、微小電気機械システムまたは角度調節可能なミラー配置またはデジタルマイクロミラー配置または液晶配置を使用することによって形成される、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項７】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、位相の時不変の影響を含む、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項８】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、回折光学素子である、請求項７に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項９】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、少なくとも１つのプレートを含み、
重ね合わせて結像される異なる光路（１４１；１４３）は、前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）の前記プレートの影響を受ける異なる光路長を通過する、請求項７または請求項８に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１０】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、厚さが異なる領域を有するプレートを含み、
重ね合わせて結像される異なる光路（１４１；１４３）は、前記プレートの異なる厚さの影響を受ける異なる光路長を通過する、請求項７〜請求項９のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１１】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、屈折率の異なる領域を有するプレートを含み、
重ね合わせて結像される異なる光路（１４１；１４３）は、前記プレートの異なる厚さの影響を受ける異なる光路長を通過する、請求項７〜請求項１０のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１２】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、位相の時変の影響を許容するように構成される、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１３】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）はプログラム可能である、請求項１２に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１４】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は液晶位相変調器である、請求項１２または請求項１３に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１５】
前記空間光変調器（１１０、２１０、３１０、４１０）による前記位相または前記位相および振幅の前記調整の変化は、前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）による前記位相の前記影響の変化よりも少なくとも２倍速い、請求項１２〜請求項１４のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１６】
前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）、前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）および前記光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）は、光軸に沿って配置されている、請求項１〜請求項１５のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１７】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、前記位相または位相および振幅空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）から最大２ｍｍの距離に設けられる、請求項１〜請求項１６のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１８】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）の光学共役面において±５ｍｍの低い許容範囲が設けられている、請求項１〜請求項１６のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項１９】
前記光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）は、重ね合わされた光の寄与のゼロ次回折の通過を許容するフェージングアパーチャ（２３３；３３５；４３７）を含む、請求項１〜請求項１８のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２０】
前記フェージングアパーチャ（２３３；３３５；４３７）は、重ね合わされた光の寄与のゼロ次回折のみの通過を許容する、請求項１９に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２１】
前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）の少なくとも１つの領域は、識別された光路を含み、前記識別された光路は、重ね合わせに寄与するように構成され、
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）と重ね合わせの領域との間の前記識別された光路に設けられ、
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、前記識別された光路の位相が重ね合わせの領域内に特定の位相を有するように構成される、請求項１〜請求項２０のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２２】
前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）のいくつかの領域（３１１ａ、３１１ｂ）は、いくつかの異なる識別された光路を変調するように構成され、
前記光路はそれぞれ、重ね合わせに寄与するように構成され、
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、いくつかの異なる識別された光路に沿って異なる程度で伝播する光の寄与の位相を変化させるように構成される、請求項１〜請求項２１のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２３】
前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）の２つの領域（３１１ａ、３１１ｂ）は、２つの異なる識別された光路を変調するように構成され、前記光路（１４１、１４３）はそれぞれ、重ね合わせに寄与するように構成され、
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、前記２つの異なる識別された光路に沿って９０°±１０°から伝播する光の寄与の位相変化の差を調整するように構成される、請求項１〜請求項２２のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２４】
均一に制御されるように構成された前記空間光変調器（１１０、２１０、３１０、４１０）の領域（３１１ａ）は、前記位相素子（１２０、２２０、３２０、４２０）のいくつかの領域（３２０ａ、３２０ｂ）に割り当てられる、請求項１〜請求項２３のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２５】
異なる位相の影響を有する前記位相素子（１２０、２２０、３２０、４２０）の少なくとも４つの領域（３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄ）は、前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）の２つの領域（３１１ａ、３１１ｂ）を有する前記複素変調セルを形成する、請求項１〜請求項２４のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２６】
異なる位相の影響を有する前記位相素子（１２０、２２０、３２０、４２０）の少なくとも２つの領域（３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄ）は、空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）の領域（３１１ａまたは３１１ｂ）を有するシステム出力において正および負の振幅を提供するための変調セルを形成する、請求項１〜請求項２５のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２７】
空間光変調器（１１０、２１０、３１０、４１０）のいくつかの領域を有する複素変調セルを形成する位相素子（１２０、２２０、３２０、４２０）のいくつかの領域は、異なる位相影響を有する少なくとも３つの領域を含み、
第１の位相の影響の角度と第２の位相の影響の角度との間の差は、５〜６０度の間、または６０〜１５０度の間、または８０〜１００度の間、または８５〜９５度の間、または１１０〜１３０度の間、または１１５〜１２５度の間であり、
前記光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）は、前記複素変調セルに属する前記光路（１４１；１４３）の重ね合わせを許容するように構成される、請求項１〜請求項２６のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２８】
前記空間光変調器（１１０、２１０、３１０、４１０）のいくつかの領域を有する複素変調セルを形成する前記位相素子（１２０、２２０、３２０、４２０）のいくつかの領域は、異なる位相影響を有する厳密にｎ個の領域を含み、
第１の位相の影響の角度と第２の位相の影響の角度との間の差は、±３６０°／（２ｎ）の許容範囲で３６０°／ｎに等しい、請求項１〜請求項２７のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項２９】
前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、機械的に交換可能な方法で提供される、請求項１〜請求項２８のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項３０】
前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）および前記位相素子（１２０；２２０；３２０；４２０）は、複数の複素変調セルを形成し、
前記光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）は、前記複数の複素変調セルを別々に結像するように構成される、請求項１〜請求項２９のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項３１】
少なくとも２つの位相ステージが前記位相素子上に空間的に分布され、前記空間光変調器と共に、隣接する変調器のピクセルの組み合わせが複素電界強度平面の部分領域にまたがるかまたは前記複素電界強度平面全体に及ぶように構成される、請求項１〜請求項３０のいずれか１項に記載の光学配置。
【請求項３２】
前記光学配置は、変調器のセルの回折像が生成されるように構成される、請求項１〜請求項３１のいずれか１項に記載の光学配置。
【請求項３３】
前記光学配置は、光照射野の各点が前記空間光変調器の少なくとも２つの像点（ピクセル）のグループによって制御されるように構成される、請求項１〜請求項３２のいずれか１項に記載の光学配置。
【請求項３４】
前記光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）は、複合の変調セルとして、第１の方向に前記空間光変調器の少なくとも２つの隣接領域の延長部を含み、第２の方向に少なくとも２つの隣接領域の延長部を含む、前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）の少なくとも４つの隣接する領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ；３１０ａ；３１０ｂ）のグループを結像するように構成される、請求項１〜請求項３３のいずれか１項に記載の光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項３５】
前記光学配置は、光波長に依存して、前記空間光変調器（１１０、２１０、３１０、４１０）のいくつかの領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ；３１０ａ；３１０ｂ）の重ね合わせた結像を許容する光学ローパスフィルタを適合させるように構成される、請求項１〜請求項３４のいずれか１項に記載の光学配置。
【請求項３６】
前記光学配置は少なくとも１つの角度調節可能なミラー（３１１ａ）を含み、前記位相素子は、前記角度調節可能なミラーは、前記角度調節可能なミラーの偏向中に機械的結合により光軸に対して反対方向（３１５ａ、３１６ａ）に移動する、前記角度調節可能なミラーの２つの領域が、異なる位相寄与を提供する２つの領域（３２０ａ、３２０ｂ）に割り当てられるように配置される、請求項１〜請求項３５のいずれか１項に記載の光学配置。
【請求項３７】
少なくとも１つの角度調節可能なミラーが、前記光軸に垂直な方向（ｘ）に可変である位相寄与（３８２ａ、３８２ｂ、３８２ｃ）を生成するように構成され、
前記位相素子は、前記角度調節可能なミラーの第１の領域に第１の位相寄与（３７２ａ）を提供し、前記角度調節可能なミラーの第２の領域に第２の位相寄与（３７２ｂ）を提供するように構成され、
前記角度調節可能なミラーの前記位相寄与（３８２ａ、３８２ｂ、３８２ｃ）は、前記第１および前記第２の領域にわたって局所的に連続的であるかまたは局所的に線形に可変であるかのいずれかである、請求項３６に記載の光学配置。
【請求項３８】
前記位相素子は、前記角度調節可能なミラーの偏向に依存する局所的に一定の位相寄与（３８２ａ、３８２ｂ、３８２ｃ）を提供する前記角度調節可能なミラー（３１１ａ）を使用することによって不連続位相曲線（３９８ａ、３９８ｂ、３９８ｃ）を得るように構成される、請求項３６または請求項３７に記載の光学配置。
【請求項３９】
前記位相素子は、前記角度調節可能なミラーの偏向に依存する局部的に一定の位相寄与（３８２ａ、３８２ｂ、３８２ｃ）を提供する前記角度調節可能なミラーの２つの領域に対し、前記位相素子によって、少なくとも９０℃の位相跳躍が割り当てられるように配置される、請求項３６〜請求項３８のいずれか１項に記載の光学配置。
【請求項４０】
複素光照射野を生成するための空間光変調器と位相素子を有する光学配置（１００； ２００； ３００； ４００）を動作させる方法（５００）であって、
前記方法（５００）は、位相素子のそれぞれの領域における位相の影響が有効光波長の領域にわたって最大で１８０°変化することを実現するために、変調されるべき光の寄与の有用な光波長に依存して、前記位相素子のいくつかの領域における光学特性を適応させるステップ（５１０）を含む、方法（５００）。
【請求項４１】
異なる光波長を変調するための空間光変調器と位相素子を有する光学配置を動作させる方法（６００）であって、
前記方法（６００）は、前記位相素子のそれぞれの領域で実現される位相の影響を、有用な光波長の所定の領域にわたって最大１８０°の許容範囲で一定に保つために、複素変調セルによって変調される、変調されるべき前記光の寄与の光波長に応じて、複素変調セルに属する位相素子のいくつかの領域におけるいくつかの位相の影響を調整するステップ（６１０）を含む、方法（６００）。
【請求項４２】
変動する振幅および偏光で調整することができる光照射野分布を生成するための光学配置（１００； ２００； ３００； ４００）であって、
前記光学配置（１００、２００、３００、４００）は、
プログラム可能な空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）と、
偏光素子（１２０；２２０；３２０；４２０）と、
光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）と、を含み、
前記偏光素子は、隣接する変調器のピクセルに少なくとも２つ以上の偏光寄与を及ぼす、または少なくとも２つの異なる偏光フィルタを隣接する変調器のピクセルに適用するように構成され、
前記光学系（１３０；２３０；３３０；４３０）は、前記空間光変調器（１１０；２１０；３１０；４１０）のいくつかの領域（１１０ａ；１１０ｂ；１１０ｃ；２１０ａ；２１０ｂ；２１０ｃ；２１０ｄ；３１０ａ；３１０ｂ）を重ね合わせて結像するように構成され、
前記空間光変調器および前記偏光素子は、平面または共役光学マスク平面の被写界深度内に配置され、
前記光学配置は、後続の像平面において事前に決定可能な振幅および事前に決定可能な偏光を有する光量値を実現するように構成され、
前記光学配置は、前記空間光変調器の２つ以上の隣接した像点（ピクセル）が前記像面内の有効像点に重ね合わされるように寸法設定された瞳面内の回折強度を制限するための光学ローパスフィルタを含む、光学配置（１００、２００、３００、４００）。
【請求項４３】
前記光学配置は、隣接する変調器の像点に少なくとも２つ以上の位相寄与を及ぼすように構成された位相素子（１２０、２２０、３２０、４２０）をさらに含む、請求項４２に記載の光学配置。
【国際調査報告】
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